張良杰，謝興華，楊 恒

(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

近些年來，各類爆炸事故時有發(fā)生。如2015年8月12日天津港爆炸事故[1]、2017年12月9日江蘇連云港聚鑫生物科技有限公司爆炸事故[2]、2018年11月28日華盛化工爆炸事故等[3]。2019年3月21日，江蘇省鹽城市響水縣陳家港鎮(zhèn)生態(tài)化工園區(qū)發(fā)生特大爆炸事故[4]。為了使人們更清楚地了解爆炸的危險性，需要確定出爆炸事件的TNT當(dāng)量。根據(jù)化工廠主要產(chǎn)品分析此次爆炸的原因，并且對比分析了多種TNT當(dāng)量的計算方法，確定此次爆炸事故TNT當(dāng)量理論計算方法。另外根據(jù)爆炸事故現(xiàn)場建筑物的破壞情況，與不同藥量在不同距離下爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波超壓進(jìn)行比較，最終對此次爆炸事故的TNT當(dāng)量進(jìn)行核算。

1 爆炸原因分析

據(jù)工商資料顯示，發(fā)生爆炸事故的化工廠主要生產(chǎn)的產(chǎn)品包括：間羥基苯甲酸、苯甲醚、對叔丁基氯化苯、三羥甲基氨基甲烷、氯代叔丁烷、間苯二胺、鄰苯二胺、對苯二胺、均三二甲基苯胺、甲基苯胺、二氨基甲苯、間二甲氨基苯甲酸、二羥基苯甲酸、對甲苯胺、二硝基苯等[5]。

此次爆炸主要是化工廠內(nèi)一個固體危險廢棄物儲存?zhèn)}庫失火，火勢蔓延引起其他化學(xué)產(chǎn)品儲罐出現(xiàn)明火燃燒，經(jīng)過了一個不穩(wěn)定的燃燒過程，由燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。爆炸物質(zhì)主要為苯，苯是一種碳?xì)浠衔?，在常溫下是甜味、可燃、有致癌毒性的無色透明液體，并帶有強烈的芳香氣味[6]。苯蒸汽與空氣混合，其濃度在1.2%～8%時，會形成爆炸性氣體混合物。

2 TNT當(dāng)量計算方法

查閱相關(guān)文獻(xiàn)，存在多種爆炸事故TNT當(dāng)量計算方法，如根據(jù)爆炸產(chǎn)生的坑洞尺寸計算爆炸TNT當(dāng)量、根據(jù)沖擊波超壓對人體的損傷程度計算爆炸TNT當(dāng)量、根據(jù)空氣沖擊波對建筑物的破壞情況計算爆炸TNT當(dāng)量等。

2.1 根據(jù)爆炸產(chǎn)生坑洞尺寸計算TNT當(dāng)量

在普通土壤地面發(fā)生爆炸事故時，爆炸沖擊波與爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓氣體聯(lián)合作用下，地面土壤會被破壞、拋擲形成炸坑[7](見圖1)。

圖1 炸坑Fig.1 Explosion pit

當(dāng)爆炸發(fā)生在地表時，炸藥能量大部分作用在空氣中，對土壤的侵徹作用較低，炸坑的深度一般會小于坑口半徑?？筛鶕?jù)現(xiàn)場測量得到的炸坑尺寸數(shù)據(jù)(坑口半徑，炸坑深度)與事故現(xiàn)場地面土壤爆炸作用系數(shù)結(jié)合，估算出爆炸事故的TNT當(dāng)量。

2.2 根據(jù)人體的損傷程度計算TNT當(dāng)量

爆炸事故發(fā)生時，產(chǎn)生的沖擊波在空氣中傳播，經(jīng)過人的身體時，由于波陣面上強大的壓強差，會對人體內(nèi)部各個器官造成不同程度的傷害。人體器官損傷程度與空氣沖擊波的超壓大小有關(guān)，可調(diào)查爆炸事故周邊人員受傷情況，確定受傷地點沖擊波超壓范圍，再根據(jù)受傷位置據(jù)爆炸中心的距離計算出爆炸的TNT當(dāng)量。不同程度的空氣沖擊波超壓對人體的具體損傷程度如表1所示[8]。

表1 沖擊波超壓對人體的損傷情況

2.3 根據(jù)建筑物的破壞程度計算TNT當(dāng)量

發(fā)生劇烈爆炸事故，對周圍建筑物的破壞情況主要與爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波有關(guān)?？諝鉀_擊波的強弱主要由3個參數(shù)表征：峰值超壓、正壓作用時間和比沖量[9]。當(dāng)建筑物距爆炸中心較遠(yuǎn)時，對建筑物的破壞主要與空氣沖擊波的峰值超壓大小有關(guān)?？諝鉀_擊波對建筑物的破壞程度與峰值超壓的關(guān)系如表2所示，由此，也可根據(jù)建筑物與爆炸中心的距離和破壞情況推算出爆炸時的TNT當(dāng)量。

表2 建筑物破壞程度與沖擊波超壓的關(guān)系

2.4 計算方法的選擇

發(fā)生爆炸事故時，當(dāng)建筑物與爆炸中心有一定距離時，主要考慮空氣沖擊波對建筑物的破壞作用。根據(jù)對此次響水化工廠爆炸事故現(xiàn)場的調(diào)查，遠(yuǎn)處的建筑物主要是受到爆炸產(chǎn)生的強大沖擊波超壓作用而毀壞，因此，選用空氣沖擊波對建筑物的破壞程度來計算爆炸事故的TNT當(dāng)量。

根據(jù)爆炸對周邊建筑物的破壞情況，確定出在爆炸周邊不同距離處空氣沖擊波的超壓范圍，再根據(jù)公式計算出不同距離處不同TNT當(dāng)量炸藥爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波超壓，與之前確定出的空氣沖擊波超壓范圍值進(jìn)行對比，最終確定出爆炸事故的TNT當(dāng)量。

爆炸是發(fā)生化工園區(qū)，可認(rèn)為爆炸是在普通地面發(fā)生。爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波超壓可以運用薩道夫斯基公式計算[10]：

(1)

式中：Δp為空氣沖擊波的超壓值，kPa；W為炸藥的質(zhì)量，kg (TNT當(dāng)量)；R為計算點距爆炸中心的距離，m。

3 TNT當(dāng)量計算

根據(jù)建筑物的破壞特征判定其破壞等級，并確定出沖擊波超壓的取值范圍，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

表3 爆炸周圍建筑物破壞情況

運用薩道夫斯基公式計算，得到不同炸藥量在不同距離處產(chǎn)生的空氣沖擊波超壓(見表4)，其中黑體部分標(biāo)出的是符合爆炸周圍各距離處建筑物破壞的空氣沖擊波超壓。綜合比較表4中的數(shù)據(jù)，同時滿足各處爆炸產(chǎn)生空氣沖擊波超壓的炸藥量為400～500 t，故得出響水化工廠爆炸事故的TNT當(dāng)量在400～500 t之間。

表4 各藥量在不同距離處產(chǎn)生的超壓

4 結(jié)論

1)根據(jù)調(diào)查，本次化工廠發(fā)生爆炸的原因是固體危險廢棄物儲存?zhèn)}庫失火，引起其他化學(xué)產(chǎn)品儲罐爆炸，主要爆炸物質(zhì)為苯。

2)分析比較多種計算TNT當(dāng)量方法，根據(jù)爆炸事故現(xiàn)場情況，按空氣沖擊波超壓對建筑物的破壞情況來計算此次爆炸事故TNT當(dāng)量。

3)根據(jù)理論計算得出的各藥量在不同距離處產(chǎn)生的超壓數(shù)據(jù)，與爆炸現(xiàn)場建筑物破壞的超壓范圍進(jìn)行比對，分析得出此次爆炸的TNT當(dāng)量為400～500 t。