Gexcon 氣體爆炸手冊

GEXCON

氣體爆炸手冊

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DagBjerketvedt

JanRoarBakke

Keesvan

GGexcon讓世界變得更安全

GEXCON

氣體爆炸手冊（1992）

序言

最初的《氣體爆炸手冊》是由CMR（后來的CMRGexcon）在1992年編寫的，并作為一

套HTML文件分發(fā)。我們最近決定發(fā)行可打印的PDF版本，并更新了首頁和序言，以便

于打印和在內(nèi)容中搜索。除了這些改變外，內(nèi)容與1992年的HTML版本完全相同。

顯然，自從25年前這本手冊出版以來，人們對各種類型的爆炸現(xiàn)象進(jìn)行了更多的研究,

以前的一些見解可能已經(jīng)改變或經(jīng)過了改進(jìn)。然而，所描述的主要機制和大部分內(nèi)容

在今天仍然同樣有效，該手冊應(yīng)該仍然是今天理解爆炸現(xiàn)象的一個有用的起點。

基斯-范-溫格登博士

高級副總裁

GexconAS（以前的CMRGexcon）

2019年2月，挪威卑爾根

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?GexconAS.此處包含的信息由接收者僅用于提供信息的目的。未經(jīng)Gexcon

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Christian氣體

Michelsen

Research爆炸手冊

作者DagBjerketvedt

JanRoarBakke

KeesvanWingerden

目錄

?序言

.1.氣體爆炸簡介

.2.定義

?3.爆炸性氣體云的形成

4燃L空氣混合物的燃燒特性

然

5燥八、、

?6.爆轟

?7.沖擊波

.8結(jié)構(gòu)的反應(yīng)

.9.容器、管道、渠道和隧道中的氣體爆炸

10.艙室、建筑4物和海上模塊的氣體爆炸

11.加工區(qū)和非三囪閉區(qū)的氣體爆炸

12.flacs;慎擬

.13.UFLACS模擬

.14.事故調(diào)查

.15.術(shù)語和表達(dá)式清單

.動畫片

.蛔

?參考文獻(xiàn)

?意見表

免責(zé)聲明：

ChristianMichelsenResearch

AS對不合格地使用或誤用本書的后果或其任何結(jié)果不承擔(dān)任何法律責(zé)任或義務(wù)。

頁碼2

如何閱讀本手冊

手冊的目標(biāo)

前百CMR的氣體爆炸活動

本手冊是作為ChristianMichelsenResearch（CMR）的研究計劃"1990-1992年氣

體安全計劃"（GSP90-92）的一部分而編寫的。該計劃的參與者是英國石油公

司挪威有限公司、德國聯(lián)邦科學(xué)與技術(shù)部、科諾克挪威公司、挪威埃爾夫石油

公司、挪威埃索公司、法國天然氣公司、健康與安全管理局、挪威美孚勘探公

司、挪威海德魯公司、挪威石油局、荷蘭天然氣公司、挪威菲利普斯石油公司

和挪威國家石油公司。

本手冊的目的是根據(jù)我們目前對該主題的了解以及我們將這些知識應(yīng)用于行業(yè)

中的實際問題的經(jīng)驗，對氣體爆炸安全進(jìn)行簡要介紹。由于本手冊旨在簡潔明

了，所提供的信息在某些情況下可能被極度簡化和/或不完整。對于各種主題

的深入信息，讀者可以參考參考文獻(xiàn)中描述的文獻(xiàn)。

本手冊的使用者是工藝、設(shè)計或結(jié)構(gòu)工程師，但本手冊對安全工程師也應(yīng)該是

有用的。

如何閱讀本手冊

該手冊分為15章。各個章節(jié)可以分為四類：i）導(dǎo)言，ii）背景和基礎(chǔ)知識，iii）

實用方面，iv）工具和分析。每個類別的章節(jié)如圖1所示。

前言

簡介1.氣體爆炸簡介

2.定義

3爆.炸性氣體云的形成

4燃.料-空氣混合物的燃燒特性

背景和基礎(chǔ)知識5爆.燃

6爆.炸

7沖.擊波

8結(jié).構(gòu)的反應(yīng)

實用方面9.容器、管道、通道和隧道中的氣體爆炸

頁碼3

10.艙室、建筑和海上模塊的氣體爆炸

11.加工區(qū)和非封閉區(qū)的氣體爆炸

12.FLACS模擬

[3.uF]acs模擬

14.事故調(diào)查

15.術(shù)語和表達(dá)式列表

動畫

鳴謝

參考文獻(xiàn)

圖L本手冊的組織結(jié)構(gòu)。

第一類“簡介”中的章節(jié)包含了氣體爆炸現(xiàn)象的描述和物理學(xué)、定義和損失經(jīng)驗。

在”背景和基礎(chǔ)知識”部分，介紹了云的形成、氣體爆炸、爆炸波和結(jié)構(gòu)反應(yīng)。

實用方面"部分將"背景和基礎(chǔ)知識”中的信息與不同的工業(yè)情況聯(lián)系起來。特

別是描述了FLACS和|jFlacs準(zhǔn)則，以及如何應(yīng)用這些工具來預(yù)測工業(yè)環(huán)境中氣

體爆炸的后果。

在編寫這本手冊時，我們的意圖是，讀者可以直接從“實用方面”或“工具和分

析"下所列的某一章開始學(xué)習(xí)，并使用其他章節(jié)作為補充信息。然而，如果讀

者對氣體爆炸領(lǐng)域是陌生的，我們建議將第1章和第2章作為該主題的第一個介

紹。第15章包含一個術(shù)語和表達(dá)方式的清單。

為了避免過多的交叉引用，從而使手冊的使用更加繁瑣，前兩部分和后兩部分

所包含的內(nèi)容有一定程度的重合。這使得兩部分中的每一部分都更加自成一體,

因此，該手冊可以作為參考書使用，而不必全部閱讀。

手冊的目標(biāo)

今天，在關(guān)于氣體爆炸的科學(xué)論文和報告中，有很多信息。然而，在大多數(shù)情

況下，這些信息的實際意義是很難提取的。因此，我們發(fā)現(xiàn)有必要編寫一本更

簡單地介紹現(xiàn)有信息的手冊，以便在行業(yè)中使用。

頁碼4

本手冊總結(jié)了我們以前關(guān)于氣體爆炸安全的研究計劃和咨詢活動的主要成果和

經(jīng)驗(Bakke等人，1991)。我們的重點是氣體爆炸時的壓力積聚。沒有涉及

氣體爆炸安全的重要領(lǐng)域，如如何防止泄漏和什么是點火概率。在本手冊中，

我們假設(shè)預(yù)混可燃?xì)怏w已經(jīng)產(chǎn)生并被點燃。討論了火焰?zhèn)鞑ズ蛪毫Ψe聚的現(xiàn)象。

指出了影響壓力積聚的重要因素，并提出了一些簡單的指導(dǎo)方針。還包括使用

數(shù)值準(zhǔn)則(FLACS和NFlacs)來模擬工業(yè)環(huán)境中的氣體爆炸。

儆.手冊、NFlacs和FLACS構(gòu)成了一套互補的工具。

該手冊是CMR提供的用于分析氣體爆炸的三個工具之一。其他兩個工具是FLACS

和田lacs。FLACS是這兩個工具中最先進(jìn)的準(zhǔn)則。FLACS用于詳細(xì)的分析，而

葉lacs是一個PC篩選工具，不需要像FLACS那樣的詳細(xì)輸入和資源。我們的目

標(biāo)是將手冊、FLACS和用lacs作為輔助工具一起用于氣爆分析。使用哪種工具

將取決于分析的階段和所需信息的細(xì)節(jié)。

我們的意圖是，CMR氣體爆炸手冊是一份〃活的〃文件，當(dāng)有新的信息時將會

更新。我們希望收到更多關(guān)于改進(jìn)該手冊的意見和建議。手冊中包括一份意見

表。

CMR的氣體爆炸活動

在60年代末和70年代，在北海發(fā)現(xiàn)了大型油氣田。人們認(rèn)識到，氣體爆炸可能

會對北海的鉆探和生產(chǎn)裝置構(gòu)成危害，而關(guān)于工業(yè)環(huán)境中氣體爆炸的知識是有

限的。在Chr.Michelsen研究所的科學(xué)和技術(shù)部(CMI-DST,從1992年6月起為

ChristianMichelsenResearch-CMR),氣體爆炸研究于1970年代末開始，

是"SikkerhetPaSokkelen”計劃的一部分。從那時起，氣爆研究一直是

CMI/CMR的一項重要活動，如圖3所示。氣體爆炸研究是粉塵爆炸研究工作的延

續(xù)。Eckhoff(1991)對粉塵爆炸的研究工作進(jìn)行了描述。

頁碼5

圖3.CMR的爆炸研究計劃和咨詢活動。

在1980-1990年期間，CMI開展了兩項關(guān)于氣體爆炸的主要研究計劃?？偣?0人

年的研究為工業(yè)環(huán)境中的氣體擴散和氣體爆炸提供了新的見解。這項工作的主

要目標(biāo)是為最大限度地減少意外爆炸的影響提供技術(shù)和工具。CMI的策略是將

大型和小型的實驗工作與先進(jìn)的流體動力學(xué)準(zhǔn)則的開發(fā)相結(jié)合。

在GEP80-86中，研究了由障礙物產(chǎn)生的湍流導(dǎo)致的火焰加速引起的壓力發(fā)展。

這一機制被認(rèn)為是在海上平臺上典型的復(fù)雜幾何形狀中發(fā)生爆炸的主要原因。

對這種現(xiàn)象進(jìn)行了小規(guī)模和大規(guī)模的研究（0.2米3和50米3）,其幾何布局

越來越復(fù)雜。最復(fù)雜的布局是一個比例為1:5的海上模塊。研究了不同的氣體

和點火強度，以及點火位置和通風(fēng)安排。

這些實驗的結(jié)果有兩個目的：它們提供了關(guān)于復(fù)雜幾何形狀下的火焰加速的新

見解，也為驗證為爆炸超壓預(yù)測而開發(fā)的計算機準(zhǔn)則提供了數(shù)據(jù)。這些準(zhǔn)則被

命名為FLACS（火焰加速模擬器），是在建?；顒又虚_發(fā)的，集中在可壓縮、

湍流反應(yīng)流的建模和由此產(chǎn)生的偏微分方程組的數(shù)值解。研究的一些結(jié)果已經(jīng)

發(fā)表在公開文獻(xiàn)中（Bakke等人，1986,1987；Hjertager等人，1988a,

1988b）o

在1986年結(jié)束的七年計劃之后，1987年啟動了一個為期三年的計劃，重點是復(fù)

雜幾何形狀下的氣體擴散和陸上工廠的爆炸問題。該計劃的目標(biāo)是通過實驗提

供更多的知識，并應(yīng)用這些知識來評估一個增強的FLACS準(zhǔn)則，同時考慮到不

同燃料與空氣混合時的氣體擴散和爆炸。

GexCon是CMR的氣爆咨詢公司，成立于1987年。GexCon是一個獨立的單位，

與CMR的氣體爆炸和工藝安全部門緊密合作，在庫珀蒂諾運作。通過GexCon,

CMR的研究已經(jīng)對工程實踐產(chǎn)生了影響。CMR的人員被業(yè)界積極用作氣體爆

炸安全方面的顧問。我們的實驗設(shè)施被用來測試暴露在預(yù)先確定強度的氣體爆

炸中的設(shè)備和結(jié)構(gòu)的完整性和功能。FLACS準(zhǔn)則被廣泛用于提供有關(guān)海上和陸

上意外爆炸的壓力負(fù)荷的定量信息。自1989年以來，已經(jīng)為特定的工廠和裝置

進(jìn)行了40多個項目。這些工作包括安全分析、使用FLACS進(jìn)行爆炸模擬、實驗

研究和氣體爆炸課程，包括實際爆炸的演示。

頁碼6

1990年，一個新的大型多贊助方方案開始實施。該計劃的目標(biāo)是改善氣體安全

o這可以通過提供知識、預(yù)測技術(shù)和測試程序/設(shè)施來實現(xiàn)，并通過向工業(yè)界轉(zhuǎn)

讓成果，使設(shè)計和操作方面的日常工作程序、規(guī)則和條例能夠適當(dāng)考慮到最新

的知識。目前的許多研發(fā)課題具有普遍性，因為它們在近海（勘探/生產(chǎn)/儲存/

運輸）和陸上（運輸/儲存/加工/利用）都很重要。以下是對這些課題的簡要描

述。

實驗測試方案

這一部分的目標(biāo)是提供直接適用于工程工作的知識，為模擬準(zhǔn)則

的驗證提供數(shù)據(jù)，也為設(shè)備和爆炸安全概念提供測試。例如，在開發(fā)方面進(jìn)行

了工作：

?關(guān)于真實工藝流（燃料混合物）如何爆炸的知識

.用于防爆的水沖刷系統(tǒng)的使用指南

?了解如何通過評估結(jié)構(gòu)件和設(shè)備的負(fù)荷來確保重要設(shè)備的完整性

?關(guān)于小型復(fù)雜工藝設(shè)備對爆炸影響的知識

?關(guān)于霧狀爆炸與大規(guī)模幾何形狀下的氣體爆炸的比較數(shù)據(jù)

增強FLACS的功能

重點是改進(jìn)FLACS的接口（包括與用戶和其他軟件的接口），以方便其使用，

并提高FLACS的預(yù)測能力。因此，這部分計劃的目標(biāo)是：

?為綜合安全分析和設(shè)計提供一個全面的模擬包，使用一個共同的框架

和用戶界面。該仿真包將是CASD/FLACS的擴展和改進(jìn)。

?通過改進(jìn)物理子模型和數(shù)字求解方案，提高準(zhǔn)則的準(zhǔn)確性和可靠性

應(yīng)用安全技術(shù)

許多較小的工業(yè)公司無法獲得今天安全研究小組中通常存在的大量知識和專門

領(lǐng)域的專業(yè)知識。此外，技術(shù)轉(zhuǎn)讓經(jīng)常被認(rèn)為是研究項目的最終活動。在該計

劃中，向工業(yè)界的技術(shù)轉(zhuǎn)讓從一開始就是一項重要的持續(xù)努力，并構(gòu)成該計劃

的三個主要部分之一。

在過去的十年中，研究的重點是發(fā)展知識，現(xiàn)在已經(jīng)到了可以制定指導(dǎo)方針和

實際結(jié)果的階段?，F(xiàn)在有大量的數(shù)據(jù)可以被分析和系統(tǒng)化。目前，CMR正沿著

這些方向努力的領(lǐng)域包括：

?氣體爆炸手冊

?用于氣體爆炸分析的PC工具（pFlacs）

?安全墻的設(shè)計考慮到了工作環(huán)境、氣體擴散（自然通風(fēng)）和氣體爆炸

安全（這三個方面可能不兼容?。?/p>

?用于減輕爆炸的水噴射系統(tǒng)。

頁碼7

第一章1.1什么是氣體爆炸

1.2損失經(jīng)驗

1.3氣體爆炸安全的分

氣體爆炸簡介析和管理

我們都聽說過意外的氣體爆炸以及它們可能導(dǎo)致的破壞。幸運的是，我們大多

數(shù)人不會經(jīng)歷意外爆炸。但要防止它們發(fā)生，就必須充分了解什么是氣體爆炸

，以及如何才能減少此類事件的發(fā)生頻率和后果。

本章的目標(biāo)是：

i）對氣體爆炸領(lǐng)域進(jìn)行介紹

ii）概述損失情況

iii）以顯示我們?nèi)绾卫梦覀兊闹R來改善安全。

本章簡要介紹了氣體爆炸的這些方面。它旨在作為該領(lǐng)域的首次介紹，應(yīng)在首

次使用該手冊時閱讀。

1.1什么是氣體爆炸

我們將氣體爆炸定義為預(yù)混氣體云的燃燒過程，即燃料-空氣或燃料/氧化劑的

燃燒導(dǎo)致壓力迅速上升。氣體爆炸可能發(fā)生在工藝設(shè)備或管道內(nèi)、建筑物或離

岸模塊內(nèi)、開放的工藝區(qū)或非封閉區(qū)域內(nèi)。當(dāng)我們把氣體爆炸作為一個事件來

討論時，它是一個更廣泛的術(shù)語。那么通常包括氣體爆炸過程前后的事件，見

下圖。

頁碼8

圖LL事件樹顯示可燃?xì)怏w或蒸發(fā)液體意外釋放到大氣中的典型后果。

圖1.1顯示了如果可燃?xì)怏w或蒸發(fā)的液體被意外地釋放到大氣中會發(fā)生什么。如

果釋放后形成的氣體云不在可燃性限度內(nèi)，或者缺乏點火源，氣體云可能被稀

釋并消失。點火可能立即發(fā)生，也可能延遲到數(shù)十分鐘，這一切都取決于情況。

如果立即點燃（即在與空氣或氧化劑混合之前），將發(fā)生火災(zāi)。

如果形成并點燃了大量可燃的預(yù)混燃料空氣云，將出現(xiàn)最危險的情況。從釋放

開始到點燃的時間可以從幾秒鐘到幾十分鐘。燃料的數(shù)量可以從幾公斤到幾噸。

燃燒波產(chǎn)生的壓力將取決于火焰?zhèn)鞑サ乃俣龋约皦毫θ绾尾拍軘U大到遠(yuǎn)離氣

體云的地方（由封閉性決定）。氣體爆炸的后果從沒有損害到完全毀滅不等。

氣體爆炸導(dǎo)致的壓力增加會損害人員和材料，或者導(dǎo)致火災(zāi)和BLEVE（多米諾骨

牌效應(yīng)）等事故?；馂?zāi)是氣體爆炸后非常常見的事件。

當(dāng)云被點燃時，火焰可以通過云的可燃部分以兩種不同的模式傳播。這些模式是:

i）爆燃

ii）弓I爆

頁碼9

火焰?zhèn)鞑サ谋寄Ｊ绞亲畛Ｒ姷?。爆燃相對于未燃燒的氣體以亞音速傳播，典

型的火焰速度（即相對于靜止的觀察者）為1至1000米/秒。爆炸壓力可能達(dá)到

幾巴格的數(shù)值，這取決于火焰速度（見第5.1節(jié)）0

爆炸波是一種超音速（相對于波前未燃燒的氣體的音速）的燃燒波。在這種情

況下，沖擊波和燃燒波是耦合的。在燃料-空氣云中，爆燃波將以1500-2000米

/秒的速度傳播，其峰值壓力通常為15至20巴。

在碳?xì)浠衔?空氣云的意外氣體爆炸中（由弱源-火花點燃），火焰通常以緩

慢的層狀火焰開始（見2.12和4.10節(jié)）,速度約為3-4米/秒。如果云是真正的

無限制和無障礙的（即沒有設(shè)備或其他結(jié)構(gòu)被云吞噬），火焰不可能加速到超

過20-25米/秒的速度，如果云沒有被限制，超壓將是可以忽略的。

圖12有加工設(shè)備的部分密閉區(qū)域的氣體爆炸。

在建筑物中或在有加工設(shè)備的海上模塊中，如圖L2所示的示意圖，火焰可能加

速到每秒幾百米。當(dāng)氣體燃燒時，溫度會升高，氣體會以高達(dá)8或9的倍數(shù)膨脹。

因此，未燃燒的氣體被推到火焰的前面，并產(chǎn)生一個湍流場。當(dāng)火焰?zhèn)鞑サ酵?/p>

流流場時，有效燃燒率將增加，火焰前方的流速和湍流進(jìn)一步增加。這種強大

的正反饋機制正在導(dǎo)致火焰加速和高爆炸壓力，并在某些情況下過渡到引爆。

在密閉情況下，如封閉容器，高火焰速度不是產(chǎn)生壓力的要求。在密閉容器中，

沒有或很少有爆炸壓力的釋放（即排放），因此即使是緩慢的燃燒過程也會產(chǎn)

生壓力（恒定體積燃燒，見4.9節(jié)）0

燃?xì)獗ǖ暮蠊麑⑷Q于：

?燃料和氧化劑的類型

?可燃物云的大小和燃料濃度

?著火點的位置

頁碼10

?點火源的強度

?泄爆區(qū)的大小、位置和類型

?結(jié)構(gòu)件和設(shè)備的位置和尺寸

?緩解計劃

氣體爆炸可能對這些因素的變化非常敏感。因此，估計氣體爆炸的后果并不是

一項簡單的任務(wù)。

1.2損失經(jīng)驗

如果我們回顧一下《損失預(yù)防公告》（IChemE）中的年度事故清單，就會發(fā)現(xiàn)

每年都有許多嚴(yán)重的爆炸事件。此外，還有大量的輕微爆炸或差點發(fā)生的事故

從未被報告。

Garrison（1988年）回顧了1957年至1986年期間碳?xì)浠衔锛庸すI(yè)的一百次

最大損失（見圖L3）。他發(fā)現(xiàn)，這些事故中有42%是由蒸汽云爆炸引起的。在

他的分類中，蒸汽云爆炸包括建筑物內(nèi)以及室外的氣體爆炸（非封閉式爆炸）。

被歸類為爆炸的事件占22猊這些爆炸可能是逃逸反應(yīng)、固體爆炸、BLEVE's、

安全殼丟失以及工藝設(shè)備內(nèi)部的氣體爆炸。

□

□Vapoxixcloudexpbsuons

□FUM

■Explceioxtf

Wind

圖13.1957年至1986年,碳?xì)浠衔锛庸ば袠I(yè)100大損失的損失類型分布（

Garrison,1988年）。

當(dāng)我們研究已經(jīng)發(fā)生的個別意外爆炸的細(xì)節(jié)時，我們會發(fā)現(xiàn)爆炸的規(guī)模和損失

經(jīng)歷有很大的不同。從事故記錄中我們可以得知，氣體爆炸有在類似條件下重

復(fù)發(fā)生的趨勢。因此，調(diào)查事故、在公開文獻(xiàn)中報告調(diào)查結(jié)果并采取糾正措施

是很重要的。

Flixborough,1974

1974年6月1日位于Flixborough的Nypro工廠的爆炸是化學(xué)工業(yè)歷史上最嚴(yán)重的

事故之一。在弗利克斯堡，工廠被完全摧毀，現(xiàn)場有28人死亡，36人受傷。在

工廠外，據(jù)報道有53人受傷，1.821所房屋和167家商店受到損害。損失超過1億

美元（Theodore等人，1989）。弗利克斯堡爆炸的原因是大約50噸環(huán)己烷的釋

放，可能是由于一個臨時管道的故障。釋放后大約1分鐘左右，易燃云被點燃。

發(fā)生了非常劇烈的爆炸。爆炸相當(dāng)于約16噸TNT的爆炸。弗利克斯堡氣體爆炸

頁碼11

的特點是，密集的燃料(環(huán)己烷)能夠形成巨大的可燃?xì)怏w云，而且工廠內(nèi)的

封閉性和阻塞性導(dǎo)致了高爆炸壓力。從Flixborough事件中，我們可以了解到：i)

如果庫存較少，可燃?xì)怏w云就會較少，即減少庫存；ii)控制工廠和修改工藝

很重要；iii)使用抗爆控制室和建筑物。

布拉赫加丹，1983

1983年3月3日，在斯德哥爾摩的一條露天街道上發(fā)生了一起氫氣爆炸事件(Per

sson,1984)。事件發(fā)生時，從一輛卡車上卸下氣瓶，氫氣突然開始泄漏。氫

氣被儲存在一個由18個氣瓶組成的庫中，其中含有大約10公斤的氫氣。爆炸產(chǎn)

生的沖擊波打破了大約90米范圍內(nèi)的窗戶。有16人受傷。

從Brahegatan事件中我們可以了解到，氫氣的反應(yīng)性很強，即使在開放區(qū)域，

氫氣的爆炸也會非常劇烈。

西部先鋒報，1985年

1985年10月7日晚，WestVanguard鉆井平臺在挪威區(qū)的Haltenbanken鉆井時發(fā)生

了井噴(NOU1986:16)。泄漏的氣體被吸入發(fā)動機室，發(fā)生了非常劇烈的氣

體爆炸。機房的側(cè)墻被炸開，一名男子被炸死。作為此類事故的典型，爆炸后

發(fā)生了火災(zāi)。幸運的是，鉆井平臺的主要完整性沒有受到嚴(yán)重破壞，其余的船

員也獲救了。從WestVanguard事件中我們可以了解到，泄漏的氣體可以通過通

風(fēng)管道被吸入或擴散到密閉區(qū)域。因此，進(jìn)氣口的位置應(yīng)謹(jǐn)慎選擇。

冰淇淋工廠

在一家冰淇淋工廠里，含有氨的制冷系統(tǒng)在一次火災(zāi)中發(fā)生了泄漏。突然間，

整個地下室爆炸了，建筑物被部分摧毀。從這一事件中我們可以了解到，即使

像氨這樣燃燒非常緩慢的物質(zhì)，如果在密閉的區(qū)域內(nèi)爆炸，也會引起嚴(yán)重的氣

體爆炸。

Devnya,1986

1986年，保加利亞Devnya的一家PVC工廠發(fā)生了非常嚴(yán)重的爆炸和火災(zāi)(NTB,

1986)o該事故是由管道故障引起的。該管道沒有經(jīng)過X光檢查。17人在這次

事故中死亡，其中有8名在實驗室工作的婦女。從Devnya事件中，我們可以了

解到：i)檢查是安全操作的關(guān)鍵因素；ii)所有不是工廠運行絕對必要的活動

(如實驗室工作)都應(yīng)該從潛在的危險區(qū)域移開。

"BergeIstra”

1975年12月30日，石油/礦石運輸船M/S"BergeIstra"(Solberg,1981)在摩鹿加海

沉沒。兩名船員被救起。他們報告說，一連發(fā)生了三次巨大的爆炸，隨后船舶

立即沉沒。1979年10月，姐妹船M/S"BergeVanga”號在大西洋上消失了。關(guān)于

這一事件幾乎一無所知。沒有人獲救。

BergeIstra”號的迅速沉沒表明，該船雙層底部的氣體爆炸將船舶結(jié)構(gòu)撕開，水

淹沒了雙層甲板和機房。

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從"BergeIstra"事件中，我們可以了解到：i)氣體爆炸可以破壞大型建筑的完

整性，如超級油輪；ii)可燃?xì)怏w云在一個密閉的空間，如船舶的雙層底部，將

很容易產(chǎn)生破壞性的壓力。

道路交通事故

兩個人開著車，車上有一個裝滿氧氣/乙煥的塑料袋。4到5公里后，袋子爆炸

了。車上的兩個人相當(dāng)幸運，他們唯一的傷害是耳鼓破裂和一些頭發(fā)被燒掉。

車子的損失為6萬挪威克朗。這兩個人打算通過制造“爆炸〃來找點樂子。其

中一個人是汽車修理工，他在工作時順便把乙煥火炬的乙快和氧氣裝在一個塑

料袋里。這一事件聽起來似乎并不罕見，但事實并非如此。在挪威，在過去的

五年中，我們聽說過另外兩起爆炸事件，原因是人們攜帶或試圖以類似于車內(nèi)

兩人的方式制造〃爆炸”。從這起道路事故中，我們可以了解到：i)不應(yīng)該玩

弄預(yù)混的可燃?xì)怏w；它非常危險；ii)大多數(shù)人絲毫不知道如果不小心處理可

燃?xì)怏w會有多危險。

PiperAlpha/988

PiperAlpha是近海工業(yè)中的”弗利克斯堡事故"。在PiperAlpha,一個壓縮

機模塊的相當(dāng)小的氣體爆炸引起火災(zāi)，隨后導(dǎo)致立管破裂。該平臺的主要部分

被燒毀。167人死亡。根據(jù)FLACS準(zhǔn)則(LordCullen,1990)的計算,最可能

的氣體云的氣體爆炸超壓約為0.3巴。從PiperAlpha事件中我們可以了解到，

氣體爆炸很容易導(dǎo)致多米諾骨牌效應(yīng)和失去控制。裝置的設(shè)計應(yīng)避免多米諾骨

牌效應(yīng)。

除臭劑工廠

由于環(huán)境問題，作為除臭劑霧化器驅(qū)動氣體的氟利昂被改為丁烷。在短時間的

生產(chǎn)之后，工廠的主要部分被氣體爆炸摧毀(Anon1986)。從除臭劑工廠的

事故中，我們可以了解到必須控制工藝的改變。

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密蘇里州哈德遜港，1970年

在這次事件中，液態(tài)丙烷從管道中釋放出來。氣體云流入一個山谷，在釋放開

始后約20分鐘，氣體云發(fā)生了劇烈爆炸。爆炸可能是一次引爆。爆炸開始于一

個泵房的內(nèi)部爆炸，這引發(fā)了非封閉云的引爆。從哈德遜港我們可以了解到，

密閉區(qū)域的爆炸可以啟動引爆，造成非密閉區(qū)域的高壓。

Rafnes,1988

1988年發(fā)生在挪威Rafnes的事件被稱為一場大火。然而，第一次事件實際上是

一次氣體爆炸。坐在抗爆控制室里的人，感覺到整個建筑都在搖晃。爆炸沒有

造成重大損失，也沒有人受傷。爆炸的壓力可能在100毫巴左右。

拉夫內(nèi)斯的工廠在設(shè)計上采用了抗爆建筑。如果在拉夫內(nèi)斯發(fā)生的釋放是發(fā)生

在一個老式的工廠里，那么氣體爆炸的后果很可能會完全不同。這是一個保護

措施如期發(fā)揮作用的例子。從Rafnes事件中，我們可以學(xué)到：i）控制室和建

筑物應(yīng)該是抗爆的，ii）火災(zāi)是爆炸后的常見事件，iii）可以建立一個防爆

屏障，以減輕和保護氣體爆炸的后果。

1.3氣體爆炸安全的分析和管理

損失經(jīng)驗表明，僅僅通過減少意外釋放、形成爆炸云和點火的風(fēng)險來預(yù)防氣體

爆炸是不夠的。氣體爆炸的頻率仍然不低，而且氣體爆炸的后果可能是巨大的。

因此，我們必須在我們的設(shè)施中建立一個防止氣體爆炸的最后屏障。這可以通

過進(jìn)行安全分析和遵循良好的工程實踐來實現(xiàn)。通過這樣做，氣體爆炸的風(fēng)險

可以大大降低。本節(jié)的目的是討論我們?nèi)绾螒?yīng)用氣體爆炸的知識和預(yù)測此類事

件的工具來使這最后一道屏障有效。

Pappas（1990）討論了挪威的一個離岸開發(fā)項目的安全管理模式。

Pappas提出的安全管理活動的一些例子，如圖1.4所示。

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1.主要布局已經(jīng)確定，并檢查了負(fù)載方面的分離情況。

2.模塊形狀已定/爆炸通風(fēng)。

概念性研究3.估計事故載荷。

4.度開放-封閉墻/與暖通空調(diào)一致。

1.最終計算爆炸載荷，用于事故載荷規(guī)范。

2.確保爆炸載荷包括在相關(guān)規(guī)格中，如暖通空調(diào)

包、防火墻、格柵、封閉甲板等。

詳細(xì)工程3.從一個模塊排出的爆炸物可能會影響到其他模塊。檢

查相互連接的承包商。

1.檢查制造承包商是否已經(jīng)理解了設(shè)計和功能要求的

原因。

2.檢查防爆板的規(guī)格和安裝。

3.檢查通風(fēng)板的規(guī)格和安裝，即重量、緊固機制和開

制造和安裝口區(qū)域的封鎖。

4.檢查墻體的變形是否會對未計劃的管道產(chǎn)生不可接

受的后果

圖14海上開發(fā)項目中的安全管理活動實例。（Pappas,1990）。

在開發(fā)項目中，從第一天起就應(yīng)該考慮到氣體爆炸的危險性。在開發(fā)項目的早

期階段（即概念研究），要做出重大決定，如不同區(qū)域的位置、區(qū)域的分隔和

整體布局（這將影響通風(fēng)口的安排和工藝本身）。在詳細(xì)工程階段，氣體爆炸

負(fù)荷的最終計算是一項重要活動。在制造和安裝階段，檢查設(shè)計是否得到遵循

是一項主要活動。在所有這些階段，重要的是對氣體爆炸危險有良好的理解，

并應(yīng)用簡單的準(zhǔn)則和良好的工程實踐。

估計氣體爆炸的后果和負(fù)荷通常是風(fēng)險分析的一部分。如圖1.5所示，一個典型

的風(fēng)險分析由5個要素組成。風(fēng)險由事件的頻率和后果組成。（風(fēng)險=頻率*后果）。

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圖1.5.風(fēng)險分析(Ramsay1990)。

后果評估的要素如圖1.6所示。當(dāng)我們使用FLACS來模擬氣體爆炸時，F(xiàn)LACS模

擬是后果評估的一個部分。情景的定義（即氣體云的大小，點火位置，通風(fēng)口

的安排等）是后果分析的一個非常重要的部分。情景的定義也與頻率的估計有

關(guān)。一個例子是，氣體云越大，其發(fā)生的頻率就越低。在氣體爆炸分析中，氣

體爆炸模擬的結(jié)果對某些參數(shù)非常敏感。其中之一是點火點的位置。在某些情

況下，通過移動點火點并保持其他參數(shù)不變，爆炸的壓力可能會有數(shù)量級的變

化。在進(jìn)行后果和風(fēng)險分析時，應(yīng)認(rèn)識到這一事實。

圖16氣體爆炸的后果評估。

我們可以從后果分析中獲得的好處是：

?在正式的風(fēng)險評估研究中對風(fēng)險進(jìn)行評估

?改進(jìn)設(shè)計和操作

?支持決策

?知識的轉(zhuǎn)讓

?成本效益

?安全

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2.1爆炸

第二章2.2燃燒

2.3氣體爆炸

2.4密閉氣體爆炸

2.5部分封閉的氣體爆炸

2.6非密閉氣體爆炸

2.7蒸氣云爆炸（VCE）

2.8火焰速度和燃燒速度

2.9燃燒率

2.10爆燃

2.11爆轟

定義2.12湍流

2.13水力不穩(wěn)定性

2.14閃燃

2.15BLEVEs

2.16沖擊波

2.17爆炸波

2.18壓力

“燃燒術(shù)語的重災(zāi)區(qū)"是Bradley和Weinberg（1991）的一篇論文的標(biāo)題。他們

指出，燃燒術(shù)語處于一種不和諧的混亂狀態(tài)。像‘燃燒速度'、’火焰速度‘、'可燃'、

‘易燃‘、‘不可燃‘、‘爆燃'和'引爆’這樣的詞經(jīng)常被錯誤地使用。這也是我們的經(jīng)

驗。

這種缺乏連貫性的術(shù)語，使那些想在工業(yè)界的實際安全工作中使用氣體爆炸研

究結(jié)果的人感到非常困難。甚至我們所討論的現(xiàn)象也有幾個名稱："氣體爆炸"、

"氣態(tài)爆炸"、"非封閉蒸汽云爆炸"、"蒸汽云爆炸"或"燃料-空氣爆炸"。在本

手冊中，我們決定使用‘氣體爆炸'這個術(shù)語。我們認(rèn)為這個術(shù)語最簡單，最不

容易混淆，也是預(yù)混燃料-空氣或燃料-氧化劑在氣相中燃燒引起的爆炸的最通

用術(shù)語。

本章的目的是介紹本手冊中使用的定義。你可能會在其他文獻(xiàn)中找到不同的定

義。如果你不同意我們的任何定義，請使用我們的選論表。

2.1爆炸

我們將爆炸定義為導(dǎo)致壓力迅速增加的事件。這種壓力增加可由以下因素引起

：核反應(yīng)、高壓容器的失密、高爆炸物、金屬水蒸氣爆炸、逃逸反應(yīng)、空氣中

或其他氧化劑中的灰塵、霧氣或氣體（包括蒸汽）的燃燒。

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2.2燃燒

燃料被氧化的氣體、液體或固體的燃燒涉及到熱量的釋放，通常還有光的發(fā)射

o甲烷（CH4）在空氣中的燃燒可以用化學(xué)方程式描述：

CH4+2（02+3.76N2）-82+2H20+2（3.76N2）+Energy

碳?xì)浠衔锶剂贤耆紵蟮幕瘜W(xué)產(chǎn)物主要是二氧化碳和水（蒸汽）。燃燒過

程中，由于化學(xué)結(jié)合的能量轉(zhuǎn)化為熱量，將導(dǎo)致溫度升高。應(yīng)該強調(diào)的是，上

述公式構(gòu)成了對真實燃燒過程的強烈簡化。

氣態(tài)燃料在空氣中的燃燒可以以兩種不同的模式發(fā)生。一種是火，在燃燒過程

中，燃料和氧氣混合。在另一種情況下，燃料和空氣（或另一種氧化劑）是預(yù)

混合的，燃料濃度必須在可燃性限度內(nèi)。一般來說，預(yù)混合的情況可以使燃料

燃燒得更快，即在單位時間內(nèi)消耗更多燃料。

Air

(Oxygen)

FireGasexplosion

圖2.1.噴射火災(zāi)和氣體爆炸的說明。

2.3氣體爆炸

我我們將氣體爆炸定義為預(yù)混氣體云（即燃料-空氣或燃料-氧化劑）的燃燒

導(dǎo)致壓力迅速上升的過程。氣體爆炸可能發(fā)生在工藝設(shè)備或管道內(nèi)、建筑物

或海上模塊內(nèi)、開放式工藝區(qū)或非封閉區(qū)。

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氣體爆炸的后果將取決于氣體云所處的環(huán)境或氣體云所吞噬的環(huán)境。因此，通

常從爆炸發(fā)生的環(huán)境對氣體爆炸進(jìn)行分類：i）容器、管道、通道或隧道內(nèi)的密

閉氣體爆炸；ii）隔間、建筑物或離岸模塊內(nèi)的部分密閉氣體爆炸；iii）加工

廠和其他非密閉區(qū)域的非密閉氣體爆炸。應(yīng)該指出的是，這些術(shù)語沒有嚴(yán)格的

定義。在一個意外事件中，可能很難對爆炸進(jìn)行分類。例如，加工廠的非封閉

式爆炸也可能涉及氣體云泄漏到的隔間中的部分封閉式爆炸。

2.4密閉氣體爆炸

密閉氣體爆炸是指在儲罐、加工設(shè)備、管道、涵洞、污水處理系統(tǒng)、封閉房間

和地下設(shè)施中發(fā)生的爆炸。密閉爆炸也被稱為內(nèi)部爆炸。

圖2.2.罐內(nèi)的密閉爆炸。

這種爆炸的典型特征是，燃燒過程不需要很快，就能造成嚴(yán)重的壓力積聚。第

螳更詳細(xì)地介紹了容器、管道、通道和隧道內(nèi)的氣體爆炸。

2.5部分封閉的氣體爆炸

當(dāng)燃料在部分開放的建筑物內(nèi)意外釋放時，就會發(fā)生部分密閉的爆炸。典型案

例是壓縮機房和海上模塊。建筑物將限制爆炸，而爆炸壓力只能通過防爆口區(qū)

域來釋放，即墻壁上的開放區(qū)域或在低超壓時迅速打開的輕質(zhì)泄壓墻。正如第

地童中所討論的，爆炸排放區(qū)的大小和位置對產(chǎn)生的爆炸壓力都很重要。

Ventopening

圖23.有加工設(shè)備的部分密閉區(qū)域內(nèi)的氣體爆炸。

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2.6非密閉氣體爆炸

非封閉一詞被用來描述開放區(qū)域的爆炸，如加工廠。大規(guī)模試驗表明，由弱點

火源點燃的真正無封閉、無遮擋的氣體云在燃燒時只會產(chǎn)生很小的超壓（閃

燃）。因此，應(yīng)謹(jǐn)慎使用無壓氣體爆炸這一術(shù)語。在加工廠中，有一些局部區(qū)

域是部分封閉和受阻的。在發(fā)生爆燃的情況下，正是這些區(qū)域造成了高爆炸壓

力。

圖24工藝區(qū)的氣體爆炸。

然而，如果非封閉云爆炸，其爆炸壓力將非常高，約為20barg,原則上與封閉

和障礙物無關(guān)。第11章將進(jìn)一步討論非密閉氣體的爆炸。

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2.7蒸氣云爆炸（VCE）

蒸氣云爆炸與部分密閉或非密閉氣體爆炸之間沒有本質(zhì)區(qū)別。在本手冊中，我

們將使用氣體爆炸這一術(shù)語，我們將不區(qū)分蒸汽云爆炸和氣體爆炸。

2.8火焰速度和燃燒速度

火焰速度，s,定義為火焰相對于靜止觀察者的速度，即地面或其他固定框架。

燃燒速度，u,是指火焰前端相對于火焰前方未燃燒的氣體的速度。因此，火

焰速度S和燃燒速度U之間的關(guān)系是：

S=U+u

其中U是火焰正前方未燃燒的氣體的速度。對于按比例計算的（見第4.3節(jié)）碳

氫化合物-空氣混合物，S是8*U的數(shù)量級。

BurnedGasUnbumedGas

圖25.火焰在管內(nèi)的傳播?；鹧嫠俣?S,被定義為火焰相對于地面或其他固定

框架的速度。u是火焰前方未燃燒氣體的速度。

2.9燃燒率

燃燒率［kg/s］是指每一時間單位內(nèi)燃燒過程所消耗的燃料量。燃燒率是對爆炸中

能量釋放速度的一種衡量。燃燒率也可定義為每單位時間和體積所消耗的燃料

質(zhì)量。

2.10爆燃

爆燃被定義為相對于緊靠火焰前方的未燃燒氣體以亞音速傳播的燃燒波，即燃

燒速度U小于未燃燒氣體中的音速C?；鹧媲胺轿慈紵臍怏w的速度是由燃燒產(chǎn)

物的膨脹產(chǎn)生的。

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在意外的氣體爆炸中，爆燃是火焰?zhèn)鞑サ某Ｒ娔Ｊ?。在這種模式下，火焰速度

S從1米/秒到500-1000米/秒不等，對應(yīng)的爆炸壓力在幾毫巴和幾巴之間。

對于強爆燃，沖擊波可能會在爆燃（即火焰）的前面?zhèn)鞑ァ?/p>

2.11爆轟

爆轟被定義為相對于火焰前方的未燃燒氣體以超音速傳播的燃燒波，即爆炸速

度D大于未燃燒氣體中的音速C。

簡單地說，爆轟波可以被描述為緊隨火焰的沖擊波（ZND理論）。沖擊壓縮加

熱了氣體并引發(fā)了燃燒。然而，實際的爆轟波是一個三維的沖擊波，后面是反

應(yīng)區(qū)。

^2.6.爆轟波可以被描述為緊接著火焰的沖擊波（ZND理論）。

對于環(huán)境壓力下的燃料空氣混合物，爆轟速度可高達(dá)2000米/秒，產(chǎn)生的最大

壓力接近20巴。

爆轟可以是：i）通過引爆高爆炸藥直接引發(fā)，或者ii）當(dāng)爆轟由于障礙物和限

制而加速并過渡到爆炸時產(chǎn)生。

2.12湍流

在流體力學(xué)中，我們把流動分為層流和湍流兩種狀態(tài)。層流是指流體以層狀或

層狀流動，而湍流的特點是強加于平均（時間平均）流速的不規(guī)則隨機波動。

圖2.7顯示了顆粒在層流和湍流中的運動軌跡。

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LaminarTurbulent

圖2.7.層流和湍流中顆粒軌跡的說明。

流動是層流還是湍流，主要取決于流速u、幾何體的特征尺寸L和運動粘度u。

雷諾數(shù)Re,定義為：：

uL

&=—

是一個無量綱參數(shù)，用于描述流態(tài)是層流還是湍流。

圖2.8顯示了不同Re條件下橫流中圓柱體周圍的流場。這個幾何形狀的特征長度

尺度L是圓柱體的直徑。對于低Re和低流速，圓柱體周圍的流動是層狀的。對

于較高的Re,圓柱體的尾部會出現(xiàn)渦流，體積內(nèi)的流動將是湍流。

Re>400000

圖2.8.不同雷諾數(shù)Re下橫流中的圓柱體

湍流對于火焰在預(yù)混氣體云中的傳播速度非常重要。湍流會使火焰前沿起皺,

增加熱量和質(zhì)量的擴散，從而導(dǎo)致更高的燃燒率。

2.13水力不穩(wěn)定性

如果流體在正的密度梯度方向上加速，輕重氣體之間的界面是穩(wěn)定的。然而,

如果流體在另一個方向上加速，界面是不穩(wěn)定的。

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LightHeavy

Aiieelcratinn

圖29說明泰勒不穩(wěn)定性的密度梯度的加速度。左邊是穩(wěn)定的,右邊是不

穩(wěn)定的。

這種流體力學(xué)的不穩(wěn)定性現(xiàn)象也發(fā)生在氣體爆炸中。如果火焰前沿受到從重氣

體（即燃料空氣）向輕氣體（即燃燒氣體）傳播的壓縮波或向相反方向傳播的

稀疏波的影響，火焰前沿就會變得皺巴巴的（不穩(wěn)定），燃燒速度也會增加。

這種不穩(wěn)定現(xiàn)象被稱為“泰勒不穩(wěn)定

2.14閃燃

閃燃是指預(yù)混的、真正無壓的、無遮擋的氣體云的緩慢爆燃，產(chǎn)生可忽略的超

壓。

熱效應(yīng)是主要的危險。

2.15BLEVEs

沸騰的液體膨脹的蒸汽爆炸的縮寫。BLEVE是當(dāng)裝有高蒸氣壓物質(zhì)的容器發(fā)生

故障時，由于液體閃動而引起的爆炸。容器的失效通常是由外部火災(zāi)引起的,

如圖2.10所示。

TankCarRupture

^2.10.可能導(dǎo)致BLEVE的一種情況。

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如果釋放的物質(zhì)是一種燃料，BLEVE可以導(dǎo)致非常大的火球?；鸺隣钊萜饕彩?/p>

與BLEVEs有關(guān)的危險。圖2.10和2.11顯示了油罐車事故中的BLEVE和火球，但

BLEVE也可能發(fā)生在加工區(qū)或海上模塊中。

Verystrong

radiation

ofheat

Rocketing

圖2.1L火球和火箭船往往是BLEYE的主要危害。

2.16沖擊波

氣體中的沖擊波可以定義為大振幅的充分發(fā)展的壓縮波，在這一波中，密度、

壓力和粒子速度發(fā)生了巨大的變化(McGraw-Hill,1978)。

沖擊波的厚度是平均自由路徑的數(shù)量級，可以被視為不連續(xù)。

圖2.12.沖擊波之后是稀疏波。

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沖擊波的傳播速度相對于緊鄰沖擊波的氣體來說是超音速的，也就是說，前方

的氣體沒有受到?jīng)_擊波的干擾。沖擊波的傳播速度取決于沖擊波的壓力比。壓

力的增加會帶來更高的傳播速度。

2.17爆炸波

爆炸波可以被定義為由爆炸引發(fā)的空氣波（McGraw-Hill,1978）。

術(shù)語爆炸波包括聲波壓縮波、沖擊波和稀薄波。圖2.14從原則上說明了不同類

型的爆炸波。我們可以有i）沖擊波后有稀薄波，ii）沖擊波后有聲波壓縮波，然

后有稀薄波，iii）聲波壓縮波和稀薄波。爆炸波的類型取決于爆炸中能量釋放

的方式和時間以及與爆炸區(qū)的距離。對于強爆炸來說，i）類是典型的。弱爆炸

最初給出的是iii）類，但當(dāng)波從爆炸處傳播開來時，可以震蕩起來，并以i）類

結(jié)束。

圖2.14.爆炸波。

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來自TNT爆炸和其他軍事試驗的爆炸波通常根據(jù)峰值超壓劃分為不同的范圍。

為了避免混淆，我們應(yīng)該對氣體爆炸的爆炸波使用相同的分類。該分類在表2.1

中給出。然而，應(yīng)該注意的是，這種分類并不完全一致，因為根據(jù)下面的定義,

遠(yuǎn)場壓力可以說是發(fā)生在例如0.5巴超壓的氣體爆炸內(nèi)部。因此，人們應(yīng)確保該

范圍分類僅適用于足夠強的氣體爆炸，并且僅在云層之外。

表2.L近距離、中距離和遠(yuǎn)距離爆炸波的分類(Shepherd等人,1991)

?分類?|峰值超壓

近距離范圍>10psi>0.69E

中距離0.5-10psi0.034-0.69巴

遠(yuǎn)距離<0.5psi<0.034巴

在本手冊中，我們將使用自由場爆炸這一術(shù)語，作為爆炸云外傳播的半球形爆炸波的

定義。

2.18壓力

壓力是一種在各個方向上均勻施加的壓力，其衡量標(biāo)準(zhǔn)是單位面積上施加的

力(McGraw-Hill,1978)。

在流體動力學(xué)中，我們經(jīng)常使用的術(shù)語有：i)靜壓，ii)動壓和iii)停滯壓力。

靜壓就是我們通常所說的壓力。靜壓的嚴(yán)格定義是：a)如果沒有聲波存在，

介質(zhì)中某一點會存在的壓力，或者b)應(yīng)力的法向分量，單位面積的力，施

加在隨流體運動的表面上，特別是位于流動方向的表面上(McGraw-Hill,

1978)o

動壓是指運動的流體在壓力梯度下被等燧流動帶到靜止?fàn)顟B(tài)時的壓力增加

(McGraw-Hill,1978)□動壓也可以用流速u和密度,p:

停滯壓力是指運動的流體在壓力梯度作用下被等端流動帶到靜止?fàn)顟B(tài)時的壓力

(McGraw-Hill,1978)。停滯壓力是靜態(tài)壓力和動態(tài)壓力之和。

Psux=PstM+P1>*

對于爆炸波和沖擊波，我們使用側(cè)向壓力和反射壓力兩個術(shù)語。側(cè)向壓力是在

垂直于波的傳播方向上測量的。側(cè)向壓力是沖擊波背后的靜態(tài)壓力。反射壓力

是在沖擊波正面撞到墻壁等物體時測量的。由于反射不是一個各向同性的過程,

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所以停滯壓力和反射壓力之間存在差異。圖2.15中說明了這些側(cè)向壓力和反射

壓力的定義。

^2.15.側(cè)向壓力和反射壓力。

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.3.1噴射釋放和蒸發(fā)池

第三章.3.21:5比例的海上模塊中

的氣體擴散測試

?3.3使用FLACS進(jìn)行氣體擴

散模擬

爆炸氣體云的形成.3.4氣體云和點火

?3.5廂內(nèi)通風(fēng)

.3.6準(zhǔn)則

當(dāng)可燃?xì)怏w或蒸發(fā)的液體被意外釋放到大氣中時，可能會形成可燃燃料-空氣云。

圖31顯示了在意外釋放情況下可能發(fā)生的事件。

圖3.L事件樹顯示可燃?xì)怏w或蒸發(fā)液體意外釋放到大氣中的典型后果。

如果釋放形成的氣體云在可燃濃度范圍之外（即低于LFL或高于UFL,見生工

T），或缺乏點火源，則不會發(fā)生燃燒。隨后，氣體云將稀釋并消失。如果立

即被點燃，就會發(fā)生火災(zāi)。然而，最危險的情況是，如果形成并點燃了大量的

可燃預(yù)混燃料-空氣云，就會出現(xiàn)。這時可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的爆炸。

本章的目的是：

i）描述噴射式釋放和蒸發(fā)池之間的區(qū)別。

ii）描述在一個1:5比例的海上模塊模型中噴射釋放的實驗結(jié)果。

iii）描述FLACS模擬氣體散布的準(zhǔn)則設(shè)施。

iv）討論可燃?xì)怏w云的形成和點火問題。

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3.1噴射釋放和蒸發(fā)池

釋放的物質(zhì)可以是氣體、蒸發(fā)的液體或氣液（兩相）流。來源將被描述為噴射

式釋放（即氣體、兩相或蒸發(fā)的液體），或擴散式釋放，即蒸發(fā)的水池。圖3.2

中顯示了噴射釋放和擴散源。

圖32.射流釋放和蒸發(fā)池。

這兩個來源具有相當(dāng)不同的特點。由于額外的空氣夾帶，射流釋放將具有很高

的動量并建立一個強大的流場。在氣體濃度可以達(dá)到可燃水平的地方可能會產(chǎn)

生再循環(huán)區(qū)。對于建筑物或海上模塊中的噴射釋放，再循環(huán)可能會導(dǎo)致大型可

燃云的堆積。蒸發(fā)的水池將作為一個擴散的釋放源，風(fēng)的力量和浮力將控制分

散過程。流動速度將比噴射釋放的速度低得多。如果蒸發(fā)的液體形成致密的氣

體，則可能在地面上或較低的隔間中形成可燃?xì)怏w層。同樣，在一個開放區(qū)域,

濃密的氣體云會有侵入密閉空間的趨勢，如建筑物?？扇?xì)怏w侵入此類密閉或

半密閉空間會帶來嚴(yán)重問題。正如第5、6章和第9至11章所討論的，密閉一般

會導(dǎo)致高爆炸壓力。

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3.21:5比例的海上模塊中的氣體擴散測試

Bjorkhaug和Bjerketvedt（1990年）在一個1:5比例的海上模塊中進(jìn)行了氣體散布

笈驗。

氣態(tài)甲烷和丙烷通過各種噴嘴（直徑420毫米）在一個模塊內(nèi)釋放。儲存器是

一個3立方米的罐子，初始壓力為5-20巴。艙內(nèi)有強制通風(fēng)，體積流速為0米/

秒至1.0米/秒。

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圖3.3.兩個不同地點的濃度測量。

這項測試的目的之一是確定模塊中云的均勻程度。圖3.3顯示了同一水平上兩個

不同位置的濃度與時間的關(guān)系。向上的釋放在20秒時開始。在早期階段，濃度

有差異，但在大約10秒之后，曲線就很相似。

圖3.4顯示了在同一地點但在不同高度的兩個類似測試中的濃度。

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圖34兩次試驗中不同高度的濃度測量。

在這些試驗中，濃度的變化相對較小。

此外，還研究了強制通風(fēng)的影響。圖3.5顯示了在三次測試中，在同一來源下,

不同風(fēng)速（即散流）通過模塊時的濃度。

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