液化石油氣作為一種通用燃料廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中，但由于其具有易燃易爆的特性，在其生產(chǎn)、貯運和使用過程中極易引起火災爆炸事故，尤其在液化石油氣的貯罐區(qū)，貯罐集中貯量大，一旦發(fā)生火災爆炸，將會造成嚴重的后果。例如1984年墨西哥某液化石油氣貯備站，一個球型和枕型貯罐相繼發(fā)生爆炸著火，爆炸半徑達400m，碎片飛出最遠的達1200m，死亡500余人，傷2000余人，損失達5000萬美元。1998年3月5日，發(fā)生在西安市液化石油氣站的一個儲罐區(qū)內(nèi)，相繼發(fā)生了4次爆炸，出事現(xiàn)場一片火海，有6個儲罐被焚毀，造成12人死亡，32人受傷，直接經(jīng)濟損失470多萬元。

　　 盛裝液化石油氣的儲罐屬壓力容器，壓力通常有1.57MPa，一旦發(fā)生爆炸，危害極大。如果液化石油氣儲罐設在地上，為了確保儲罐與周圍的人和建筑物的安全距離，需要很大的空間，可是現(xiàn)在城市用地十分緊張，很難找到一片專用空地；如果液化石油氣儲罐直接埋在地下，發(fā)生泄漏很難發(fā)現(xiàn)和維修，容易造成地下水和土壤污染；如果設置在地下室里，同體積的液化石油氣比空氣大約重0.5倍，一旦泄漏出來，地下室里空氣流通不好，很容易在較低處聚集，可能形成爆炸性混合物，遇到火源就會爆炸。所以，液化石油氣儲罐不管設置在地上還是地下都會有危險。本文從儲罐發(fā)生爆炸后會造成的影響后果考慮，就怎樣設置儲罐相對比較安全進行探討，對液化石油氣儲罐的安全管理和安全評價具有現(xiàn)實意義。

　　1 研究方法

　　 本文從能量釋放的角度出發(fā)，以爆炸理論為基礎，利用相關(guān)模型估算爆炸沖擊波的波及范圍。

　　 液化石油氣儲罐屬于壓力容器，當它發(fā)生爆炸時有兩種形式：一種是壓力容器爆炸，由于罐內(nèi)操作壓力過大或儲罐受腐蝕、老化，抗壓能力下降，導致壓力容器爆炸。二是蒸氣云爆炸，由于儲罐或各種附件破裂、磨損、密封不嚴而導致的泄漏，形成爆炸性混合氣體遇火源發(fā)生爆炸。這兩種爆炸都會產(chǎn)生沖擊波。沖擊波的計算可采用TNT當量法，即將爆炸的能量換算為TNT當量，然后將等量的TNT炸藥爆炸的沖擊波即近似認為是液化石油氣爆炸的沖擊波。由于液化石油氣爆炸速度沒有TNT炸藥爆炸速度快，因此按TNT當量計算的沖擊波要高于液化石油氣爆炸的實際產(chǎn)生的沖擊波，但是這種方法簡單而且偏于安全，所以在工程經(jīng)常采用。

　　1.1 蒸氣云爆炸的能量

　　
　　 式中：W_TNT——蒸氣云的TNT當量（kg）；

　　 α——蒸氣云的當量系數(shù)，通常取4％；

　　 W_f——蒸氣云爆炸中燃燒掉的總質(zhì)量（kg）；

　　 Q_f——燃料的燃燒熱（MJ/kg）；

　　 Q_TNT——TNT的爆炸熱（MJ/kg）。

　　1.2 沖擊波超壓

　　 液化石油氣儲罐設置在地上時，采用空氣中爆炸的沖擊波超壓計算公式：

　　

　　 式中：ΔP——沖擊波超壓（kgf/cm2）；

　　 W——爆炸蒸氣云的TNT當量（kg）；

　　 R——爆心到所研究點的距離（m）。

　　 液化石油氣儲罐設置在地下室或直埋地下時，當液體泄漏一段時間，形成爆炸性混合氣體，不管是地下室還是儲罐都融為一體，假設成一個理想爆炸源，在地下粘土中發(fā)生爆炸，其爆炸沖擊波的計算公式：

　　

　　 式中，Δp、W、R意義同上。

　　1.3 超壓準則

　　 超壓準則認為，爆炸波是否對目標造成傷害由爆炸波超壓唯一決定，只有當爆炸波超壓大于或等于某一臨界值是地，才會對目標造成一定的傷害。否則，爆炸波不會對目標造成傷害。

　　 研究表明，超壓準則并不是對任何情況都適用。相反，這級嚴格的適用范圍，即爆炸波正相持續(xù)時間必須滿足如下條件：ωt＞40，（ω為目標響應角頻率（s^-1）,t為爆炸波持續(xù)時間（S））。根據(jù)超壓準則所確定的人員傷害程度及建筑物破壞程度見表1和表2。

　　 （1）爆炸沖擊波對人員的傷害，采用表1所示的傷害準則。

　　 （2）爆炸沖擊波對建筑物的破壞，采用表2所示的破壞準則。

表1 沖擊波對人的傷害效應

沖擊波超壓Δ（kgf/cm2）	傷害效應
＞1.0	死亡（大部分人員會死亡）
0.5～1.0	重傷（損傷人的聽覺器官或產(chǎn)生骨折）
0.2～0.3	輕傷（人體受到輕微損傷）
＜0.2	能保證人員安全

表2 沖擊波對建筑物的破壞效應

超壓ΔP×105,Pa	建筑物被破壞的程度
＞2.0	鋼架橋位移
1.0～2.0	防震建筑物破壞或嚴重破壞
0.5～1.0	鋼骨架或輕型鋼筋混凝土建筑物破壞
0.3～0.5	不含混凝土厚0.2～0.3m的磚板因剪切或彎曲而破裂，房屋幾乎完全破壞
0.15～0.3	磚砌房屋50％被破壞，無框架、自約束的鋼板建筑完全破壞，油罐破裂
0.07～0.015	房屋的一部分完全破壞，無法繼續(xù)居住
0.02～0.07	房屋結(jié)構(gòu)受到輕微破壞，大小窗玻璃經(jīng)常震碎
0.01	玻璃開始破裂

　　2 結(jié)果與討論

　　 設一個50m3的液化石油氣儲罐分別設置在地上、地下室內(nèi)和直埋在地下，在地下室內(nèi)爆炸時，蒸氣云擴散到地下室有限的空間內(nèi)，使整個地下室和儲罐融為一體，相當于一個直埋地下的儲罐，按直埋地下儲罐估算其爆炸影響范圍。具體的蒸氣云爆炸的沖擊波傷害效應，見表3。

表3 在空氣中和粘土中爆炸沖擊波傷害效應的比較

影響半徑R（m）			傷害效應
空氣中爆炸沖擊波	粘土中爆炸沖擊波	沖擊波超壓 ΔP×105Pa	建筑物被破壞情況	人員傷害情況
40.5	32.0	＞2.0	磚木結(jié)構(gòu)全破壞	大部分人死亡
56.0	40.5	2.0～1.0	磚墻部分倒塌，土房倒塌
80.0	51.5	1.0～0.5	土墻開裂或局部倒塌	可能造成死亡
108.0	61.0	0.5～0.3	木房架折斷，頂棚部分破壞	重傷
170.5	77.0	0.3～0.15	門窗破壞，屋面瓦大部分掀掉	輕傷
304.0	99.0	0.15～0.07	門窗部分破壞玻璃破碎，屋面瓦部分破壞	不能造成傷害
913.0	150.0	0.07～0.02	磚墻部分破壞，屋面瓦部分翻動

表4 地下爆炸和地下爆炸破壞半徑比較

	人員傷害情況			建筑物損壞情況
	死亡半徑（m）	重傷半徑（m）	輕傷半徑（m）	嚴重損壞（m）	輕微損壞（m）
地下爆炸	40.5	61.0	77.0	99.0	150.0
地上爆炸	56.0	108.0	170.5	304.0	913.0
比例	72.3%	56.5%	45.2%	32.6%	16.4%

　　 通過對液化石油氣儲罐設在粘土中和大氣中爆炸后果估算結(jié)果來看，同一個儲罐在粘土中爆炸的影響范圍比在大氣中小。這是因為在粘土中爆炸，周圍的土壤要吸收一部分爆炸能量，所以對地面影響范圍小，因此，就爆炸后果來看，儲罐埋在地下要比地上安全。

　　 從表4中比例項可以看出，隨著影響半徑的增加，比例逐漸減小。說明對地上爆炸和地下爆炸的影響范圍的估算，應分別采用相應的計算公式，否則誤差很大。所以，對液化石油氣儲罐進行安全管理和安全評價時，應注意這點。

　　3 結(jié)論

　　 （1）從儲罐設置角度考慮，如果儲罐直接埋在土壤中，雖然爆炸影響范圍最小，不便于發(fā)現(xiàn)和維修，受水土腐蝕，出現(xiàn)破裂、老化、磨損、密封不嚴等情況，一旦發(fā)生泄漏，會造成地下水和土壤污染。設在地上爆炸影響范圍最大，比較危險，要保障安全距離就得占用大量的空間，不利于整體環(huán)境的規(guī)劃。設在地下室中，爆炸的影響范圍較小，便于檢查，甘肅省空間，不會造成環(huán)境污染，與前兩者比較，具有一定的優(yōu)勢。前兩者的弊端是不可避免的，而設在地下室中的隱患是可控制的。通過本文的研究，為液化石油氣儲罐的安全設置提供了理論依據(jù)。

　　 （2）保證液化石油氣儲罐安全有兩種途徑，一是主要通過比較大的安全間距來減少事故的危害，二是主要通過技術(shù)措施保證運行的安全。在土地日益緊張的今天，前者很難實現(xiàn)，只能通過第二條途徑來實現(xiàn)。

　　 （3）液化石油氣儲罐設置在地下室內(nèi)，可以通過相應的技術(shù)措施和現(xiàn)代管理方式，采用先進設備和提高人員素質(zhì)，避免和減少事故發(fā)生。如儲罐及其附件采用高材質(zhì)；設置緊急切斷系統(tǒng)和放散閥；必要的強排風、送風裝置；液化石油氣的泄漏報警系統(tǒng)和消防水；控制火源泉 建立健全各種規(guī)章制度，提高工作人員的素質(zhì)，持證上崗，定期進行專業(yè)培訓；做好應急救援預案和演習等。