摘要：氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体，广泛的应用于化工、冶金、电力、食品、电子等多种行业，氢气通常以压缩气体的形式盛装在气瓶中。本文通过对氢气气瓶物理爆炸进行事故后果模拟分析，为使用氢气气瓶的单位提供参考。
关键词：氢气气瓶 物理爆炸 事故后果模拟
1 氢气的危险性分析
氢气为无色、无臭的气体，沸点-252.8℃，气体密度0.0899g/L，极易燃。氢气广泛的应用于化工、冶金、电力、食品、电子等多种行业，通常以压缩气体的形式盛装在气瓶中。氢气气瓶属于压力容器，由于气瓶质量不合格或储存使用不当等均可能会导致气瓶发生爆炸事故。
氢气瓶爆炸属于物理爆炸，物理爆炸就是物质状态参数（温度、压力、体积）迅速发生变化，在瞬间释放出大量能量并对外做功。气瓶爆炸时，气体膨胀所释放的能量不仅与气体压力和容器的容积有关，而且与介质在容器内的物性相态相关。容积与压力相同而相态不容的介质，在容器破裂时产生的爆破能量也不同，而且爆炸过程也不完全相同，其能量计算公式也不同。
2 事故后果模拟
2.1 气瓶爆炸事故后果模拟
1、气瓶爆炸能量计算
氢气瓶中的氢气是以气态形式存在而发生物理爆炸，爆炸的能量与气瓶内气体的压力和体积有关，其释放的爆炸能量的计算公式为：
式中：Eg—气体的爆炸能量，kJ；
P—容器内的绝对压强，MPa；
V—容器的容积，m3；
k—气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比。
2、爆炸冲击波及其伤害、破坏作用
压力容器爆炸时，能量向外释放时以冲击波能量、破片能量和容器残余变形能量3种形式表现出来，但后两者所消耗的能量只占总能量的3%～15%，即绝大部分的能量以冲击波的形式释放，冲击波是由压缩波叠加形成的，是波阵面以突进形式在介质中传播的压缩波。超压准则认为，只要爆炸波的超压达到一定值，便会对建筑物构件及各种生物造成一定程度的破坏或损伤。超压冲击波对人体的伤害和对建筑物的破坏作用见表2.1-1和表2.1-2。
表2.1-1 冲击波超压对人体的伤害准则
则
式中：R—目标与爆炸中心距离，m；
R0—目标与基准爆炸中心的相当距离，m；
q0—基准炸药量，TNT，kg；
q—爆炸时产生冲击波所消耗的炸药量，TNT，kg；
△p—目标处的超压，MPa；
△p0—基准目标处的超压，MPa；
α—炸药爆炸试验的模拟比。
本文采用TNT当量法对氢气气瓶爆炸所产生的冲击波超压的伤害、破坏作用进行计算。一般情况下选用1000kgTNT作为基准炸药量（q0），1000kgTNT炸药在空气中爆炸时产生的冲击波超压见表2.1-3。
表2.1-3 1000kgTNT爆炸时的冲击波超压
将爆破能量q换算成TNT当量qTNT。因为1kgTNT爆炸所放出的爆破能量为4230~4836kJ/kg，一般取平均爆破能量4500 kJ/kg，故其关系为：
3、氢气气瓶爆炸计算过程
①根据公式（1）计算出气瓶爆炸的能量；
②根据公式（3）将气瓶爆炸的能量换算成TNT当量；
③根据冲击波对人或建筑物造成不同后果的冲击波超压值在表2.1-3中计算相对应的目标与爆炸重型的距离R0（中间值用插入法）；
④根据公式（2）计算出气瓶爆炸造成的不同事故后果的半径。
2.2 模拟计算结果
本文选用工程压力为12MPa，容积为40L的氢气气瓶进行物理爆炸事故后果模拟计算，氢气的气体绝热指数取1.412，计算结果如下：
表2.2-1 爆炸对人体伤害事故后果模拟表
3 结论
由计算结果可知，氢气瓶一旦发生物理爆炸事故，会对爆炸影响范围内的人员和建构筑物造成伤害。因此，气瓶的设计、制造、充装和使用应严格执行《气瓶安全监察规程》等国家相关规定，气瓶必须是具有“气瓶制制造可证” 的企业生产的产品，气瓶应定期检验，不得超过有效期，瓶外表面的颜色标志要符合规定，新瓶首次充装前一定要进行抽空处理，严格落实气体八不充装的规定，防止气瓶爆炸事故的发生。使用单位宜设置专用的气瓶间，气瓶间根据潜在的破坏程度进行专门的防爆设计，严格按照有关安全使用规定正确使用气瓶，工作人员的作业岗位也应尽量布置在爆炸范围之外，以减少爆炸带来的人员伤害。
参考文献
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论文作者:张野
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/22
标签：氢气论文; 气瓶论文; 能量论文; 冲击波论文; 气体论文; 后果论文; 爆炸事故论文; 《防护工程》2017年第12期论文;