摘要：戶內液化氣閃爆事故的發生，往往造成人員傷亡，房屋損壞和財產損失。為了更好地防范此類嚴重事故的發生，有必要對用戶戶內燃氣系統失效后果進行深入的分析，核算爆炸事故能量，提出安全防范措施。

　　關鍵詞：液化氣；泄漏；失效后果；防范措施

　　近年來，用戶戶內燃氣事故頻發，造成了用戶傷亡事故和巨大的財產損失。每次遇到用戶戶內重大燃氣事故，在調查處理時我們總是感到意外，為何事故的后果會如此嚴重，有的甚至于超出了我們的常規認識：有的戶內燃氣爆炸事故造成了房屋的坍塌、構筑物的破壞；有的造成了當事人的深度大面積燒傷，甚至死亡。嚴重的燃氣事故的發生也給燃氣供應企業帶來了重大的經濟損失，耗費了大量的人力、物力和財力。如2004年長春市發生了一次嚴重的燃氣爆炸事故，爆炸造成了內墻倒塌，當事人被爆炸壓力釋放到室外而亡；如2007年杭州市某小區居民用氣不慎，致使燃氣大量泄漏到高層住宅的公共部位，竄入電梯間，遇火花發生爆炸，爆炸造成電梯井室嚴重破壞，構筑物多樓層遭受不同程度的沖擊波破壞。

　　為了更好地防范此類嚴重事故的發生，有必要對用戶戶內燃氣系統失效后果進行深入的分析。

　　一、用戶戶內燃氣系統的組成

　　1、液化氣鋼瓶用戶：用戶戶內燃氣系統主要由燃氣爐具、灶前管、減壓閥、15公斤液化氣鋼瓶等設施組成。

　　2、管道用戶：用戶戶內燃氣系統主要由戶內DNl5總閥、減壓閥(中壓進戶)、戶內燃氣接管(多數為鍍鋅管)、分路閥門(多數為尖嘴閥)燃氣具、灶前管等設施組成。

　　二、泄漏源和危險因素

　　1、用戶戶內燃氣系統泄漏的一般危險因素有：爐具、灶前管、減壓閥等設施老化造成泄漏，鋼瓶瓶體、管道等設施缺少維護保養造成泄漏。泄漏點用發泡劑檢查，有明顯泡沫產生；隨著泄漏時間的延長，泄漏慢慢變大。此類情況往往在未產生大量泄漏后果時，就較易為用戶發現。

　　2、戶內泄漏存在外力因素：灶前橡膠管意外被老鼠咬破或意外割傷破損，致使燃氣大量泄漏；因施工不當造成戶內燃氣管道破損或斷裂，致使燃氣大量泄漏等等意外情況。此類意外情況，發生得比較突然，有的用戶在未及時發現或處置不當情況下較易引起重大燃氣火災爆炸事故。

　　三、泄漏量的估算

　　1、在燃氣系統微量泄漏情況下，燃氣的泄漏量較小，考慮到戶內門窗的換氣次數，泄漏燃氣大部分被稀釋。如泄漏點處于通風良好的房間內，泄漏燃氣達不到爆炸極F晚圍，危害性較小。如泄漏點處于密閉房間內，泄漏燃氣積聚可以達到爆炸極限范圍；這類情況往往發生在閑置的密閉房屋內，泄漏燃氣的后果可以根據泄漏量參照下面的計算方式核算事故后果。

　　2、當因外力等意外情況燃氣大量泄漏，燃氣達到爆炸極限范圍。

　　(1)液化氣鋼瓶用戶。較為常見的是灶前橡膠管意外被老鼠咬破或意外破損。由于戶內常用為15Kg液化氣鋼瓶，假設鋼瓶出口使用的是最大流量每小時2.5m3的減壓閥，在膠管破損后，液化氣噴射。15Kg液化氣可以估算為氣相6m³，在2.4小時內整瓶液化氣泄漏完成，泄漏總量約為6m³液化氣。

　　(2)液化氣管道用戶。(ⅰ)在事故多發的灶前橡膠管意外被老鼠咬破或其它意外破損情況下，假設使用的家用皮膜表的最大流量為每小時2.5～4m³。根據實驗測算每小時泄漏量為2.5m³，根據泄漏時間可以計算出液化氣泄漏總量。(ⅱ)戶內DN15管道意外破損，如在斷裂情況下，根據實驗測算每小時泄漏量為4m³，泄漏流量達到了表具通過最大流量，根據泄漏時間可以計算出液化氣泄漏總量。

　　四、爆炸能量的確定

　　假設事故現場使用15kg鋼瓶的液化氣用戶，在2.4小時內灶前橡膠管意外被老鼠咬破液化氣全部泄漏，進行模擬計算。

　　1、液化氣泄漏后發生空間蒸汽云爆炸能量如式(1)所示：　　

U_f=1.8aW_f·Q_f (1)

 

　　式中：U_f——液化氣爆炸能量，J；

 

　　W_f——蒸氣云質量，kg；

 

　　Q_f——燃燒熱取4.6264×10⁷J/kg；

 

　　a——當量系數，0.04。

 

　　2、確定爆炸的TNT當量。蒸氣云爆炸公式為：

 

　　W_TNT=U_f/Q_TNT(2)

 

　　式中：W_TNT——TNT當量，kg；

 

　　Q_TNT——TNT爆熱值，取4.52×10⁶J/kg。

 

　　蒸氣云爆炸TNT當量為：

 

　　W_TNT=U_f/Q_TNT=1.8aW_fQ_f/Q_TNT=1.8×0.04×15×46264/4520=11kg

 

　　3、確定沖擊波超壓。根據沖擊波超壓值的實測值回歸后得到沖擊波超壓與距離的關系如式(3)。

 

　　P_s=7.1×10⁵(R/W_TNT^1/3)^-2.09(3)

 

　　式中：P_s——沖擊波超壓，Pa；

 

　　R——距爆炸中心的距離，m。

 

　　以客廳為爆炸中心，距離為5m、12m、24m處產生的沖擊波超壓值計算如下：

 

　　R=5m，P_s=7.1×10⁵(R/W_TNT^1/3)^-2.09=7.1×10⁵(5/11^1/3)^-2.09=1.3×10⁵Pa=1.3kg/cm²

 

　　R=12m，P_s=0.2kg/cm²R=24m，P_s=0.05kg/cm²

 

　　五、爆炸失效后果分析

　　1、查閱相關資料得知：沖擊波超壓達5000Pa(O.05kg/cm²)時，一般門窗玻璃破碎；沖擊波超壓達20000Pa(0.2kg/cm²)時，墻出現大裂縫。

　　2、通過以上破壞半徑的計算得知，該起爆炸事故的破壞半徑為：

　　嚴重破壞半徑為12m；

　　輕微破壞半徑為24m。

　　3、通過以上沖擊波超壓值計算對實際建筑物遭到破壞情況進行比較分析如下：

　　(1)距爆炸中心5m以內時，實際爆炸沖擊波超壓值超過1.3kg/cm²，故能造成構筑物的嚴重損壞；

　　(2)距爆炸中心12m以內時，實際爆炸沖擊波超壓值超過0.2kg/cm²，能夠造成民房墻體開裂，甚至于屋頂塌落，部分墻體被的現象；

　　(3)距爆炸中心24m以內時，實際爆炸沖擊波超壓值超過0.05kg/cm²，能夠造成住宅鋁合金全部嚴重扭曲變形，甚至于能夠造成與爆炸中心相對且無屏障住宅玻璃被震碎；

　　4、戶內液化氣爆炸能量的其它影響因素。

　　(1)房間內換氣次數的影響。隨著房間換氣的增多，室內燃氣部分逸出，室內燃氣達到爆炸極限的時間延長；根據有關專家經驗測算，當每小時換氣次數達到10次時，就不存在整個室內空間同時達到爆炸極限的情況，只在泄漏點附近的局部區域內達到或超過爆炸下限。爆炸危險程度大大降低。

　　(2)聲動不穩定壓力峰的影響。根據有關學者對聲動不穩定壓力峰的機理研究和試驗測算，聲動不穩定壓力峰產生的最根本原因是建筑物有平行的壁面，當引燃可燃混合氣體閃爆后，開始泄壓，在兩個平行的壁面產生聲振駐波，于是可燃氣質點以駐波方式形成縱向振動。可燃氣團在縱向振動的狀態下燃燒加劇，促使局部壓力增高，振蕩的壓力振幅急劇增大形成高壓力峰值。據有關學者研究，平行的2個壁面1～2米的距離、平行壁面光滑等情況極易產生爆炸聲動不穩定壓力峰，加大了事故的損失。

　　(3)泄壓面積。爆炸泄壓的防護辦法用于建筑物防爆已有多年歷史，一般比例泄壓比≥0.404會大大減少爆炸壓力。但是，試驗數據證明，窗玻璃的厚度如果超過5厘米，會使爆炸泄壓效果大大降低。房門朝里開，也會較大程度地降低泄壓爆炸效果。

　　5、除了天然氣爆炸沖擊波損害外，爆炸瞬間產生的熱輻射根據離爆炸中心的遠近也可以將人的面部和裸露的皮膚不同程度的燒傷，按照理論爆炸溫度最高可以達到3000℃左右。另外，爆炸產生的熱輻射還可以將周圍的易燃、易爆物品引燃，造成火災。

　　六、用戶戶內燃氣系統安全防范措施

　　根據用戶戶內燃氣系統危險因素和失效后果的分析，有必要提出以下幾點安全防范措施。

　　1、推廣使用不銹鋼軟管。根據用戶戶內燃氣系統失效分析，灶前管是用戶戶內燃氣系統最薄弱的環節，易于老化和破損；近年來，各種事故表明，.由于灶前管被老鼠咬破現象增多，液化氣大量泄漏后，用戶不慎極易誘發重大燃氣事故，家庭財產遭受重大損失和人員發生重大傷亡。不銹鋼軟管替代傳統的橡膠軟管后，可以較好地消除灶前膠管意外破損這一重大事故安全隱患。

　　2、施工作業人員的安全意識需要加強。在燃氣管道施工通氣，用戶戶內裝修施工等等情況下，相關施工作業人員需要加強安全保護燃氣管道的意識，避免因誤操作引起的燃氣意外大量泄漏情況。

　　3、戶內設計和裝修時盡可能的避免聲動不穩定壓力峰的產生。有條件的用戶在廚房裝修設計時，可以考慮在灶具對面墻壁采用不銹鋼或泡沫塑料爆炸減壓板，可以大幅度減少爆炸壓力。在裝修時，應避免廚房全部采用瓷磚形成光滑壁面。

　　4、增大泄壓面積。一般房屋的設計都考慮了足夠的泄壓面積，廚房不可改建至密閉或泄壓面積不足的房間。裝修時，廚房窗玻璃厚度不可大于5厘米；房門應朝外開，增大泄壓面積。

　　5、加大安全使用燃氣的宣傳。通過行之有效地安全宣傳，增強用戶安全用氣的知識，教育引導用戶經常性檢查燃氣設施，發現泄漏等異常現象及時請專業單位進行檢查排除。對灶前管、爐具、減壓閥等設施，在達到使用年限后應及時更換。

　　參考文獻

　　[1]王寶興：《聲動不穩定燃燒壓力峰的產生機理和實驗驗證》工程熱物理學報1998.9(4)：379-383

　　[2]徐厚生趙雙其：《防火防爆》北京化工工業出版社2004.5