氢气气瓶爆炸事故后果模拟分析

氢气气瓶爆炸事故后果模拟分析

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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