当Z≥1时，公式的精确度较高；当Z<1时，测点距爆炸点较近，因受到爆炸产物的影响，使得数据有一定的偏差。根据公式(5)～(7)，绘制出当爆炸前气瓶储气压力p1为20.101MPa时，气瓶容积V1分别为50、70、90、120L的4种常用气瓶，爆炸产生的冲击波超压峰值p与测点到爆炸点的距离d的关系曲线，见图3。

 

进一步分析可知，冲击波超压峰值与爆炸前气瓶容积、储气压力以及测点到爆炸点的距离有关：当气瓶容积和储气压力一定时，距离爆炸点越近，冲击波超压峰值越大；相同的距离，气瓶容积越大、储气压力越大，相应的TNT当量越大，爆炸产生的冲击波超压峰值也越大；在距离爆炸点越近的地方，不同的气瓶容积产生的冲击波超压峰值的大小差异越明显。

衡量爆炸危害的方法主要有超压准则、冲量准则和超压一冲量准则等，由于有关冲量准测或超压一冲量准则造成人员伤害或设备破坏的文献数据比较缺乏，因此采用最常用的超压准则，认为只要冲击波超压达到一定值，就会对目标产生破坏伤害作用。

①对人体的危害

冲击波对人体的损伤程度，与人体受损伤时的姿势、位置、冲击波超压峰值和作用时间有关，而且人体不同部位的损伤阈值不同。目前，国内外还没有统一的阈值标准，不同国家不同领域都是根据实际情况采用不同的阈值。

全球领先的专业风险管理服务机构挪威船级社(DNV)在SAFETI软件的定量风险评价中，根据冲击波对人体的损伤程度，按冲击波超压峰值的大小，将爆炸产生冲击波的危害程度分为死亡、重伤、中等伤害、轻伤、安全5个区域，并给出了各个区域对应的爆炸冲击波危害阈值标准^[8]。根据该阈值，本文采用MATLAB编制计算程序^[9]，计算出4种常见规格的气瓶在20MPa的情况下破裂发生物理性爆炸达到人体危害阈值的距离，见表1。

 

文献[10]研究冲击波对人体的危害作用时，根据冲击波超压峰值的大小，将危害程度大致地分为4个区域：当冲击波超压峰值大于100kPa时大部分人死亡，50～100kPa时内脏严重损伤或死亡，30～50kPa时听觉器官损伤或骨折，20～30kPa时轻微损伤。根据文献[10]提供的危害范围，编制计算程序，绘制出4种常用规格的气瓶在20MPa的情况下破裂发生物理性爆炸对人体的危害程度，见图4。

 

对比图4和表1中的数据，经过分析后可知，采用不同的危害阈值标准，计算出的危害范围不同，但其差别不大。总的来说，常用规格的气瓶破裂发生物理性爆炸时，距离爆炸点3m以内的区域人员死亡的可能性很大。而图4中轻微损伤以外的区域，即气瓶物理性爆炸产生的冲击波超压峰值小于20kPa的区域，为人员的安全区域，该区域可用于事故即将发生时人员的撤离和事故的安全防范。

②对汽车的危害

冲击波除了对人造成危害外，还对汽车以及周围的物体等造成危害。本文中冲击波超压峰值的计算是基于自由场空气的计算，但是实际上当汽车装载的气瓶发生爆炸时，车体内壁与冲击波相互作用后，经过反射和叠加，会使得冲击波出现两个峰值，然后再逐渐衰减，这就使得车内人员和车体本身所受到的伤害比在自由场空气中爆炸受到的伤害更大^[11]。汽车对冲击波的约束和阻碍作用不仅与气瓶爆炸所产生的能量有关，而且与车内物体的形状、强度和弹性等参数有关^[12]。由于汽车结构的复杂性以及汽车装载的随机性，要确定冲击波对汽车的危害程度很困难。

对于汽车车体，车门的抗冲击能力要比主体车架小，冲击波在车门处受到的约束较弱，冲击波会将车门震掉，而汽车的主体车架对冲击波的阻碍作用要比车门大，冲击波会使得车体严重变形。汽车最脆弱的部分是汽车玻璃，当冲击波超压峰值为0.5～2kPa时，就可以使汽车的玻璃部分破碎，当冲击波超压峰值达到2～12kPa时，汽车玻璃全部破碎。一般CNG出租车长度在5m以内，公交车在10m左右，而经过计算可知，即使是50L的气瓶在20MPa的情况下在自由场空气中发生物理性爆炸，10m以内产生的冲击波超压峰值也在9.89kPa以上。因此不论气瓶放置在车上的任何位置，若无任何防护措施，气瓶在20MPa的状态下破裂发生物理性爆炸的能量，足以使该汽车的玻璃全部破碎。

另外，部分CNG汽车会将几个气瓶放在一起，且放置距离较近。当一个气瓶发生爆炸时，可能会引发周围的其他气瓶爆炸，从而导致爆炸能量成倍增加。表2为不同数量的4种常用气瓶在20MPa的情况下破裂后发生物理性爆炸的TNT当量。

 

①气瓶物理性爆炸产生冲击波超压峰值与爆炸前气瓶容积、储气压力以及测点到爆炸点的距离有关。气瓶容积越大、储气压力越大、距离爆炸点越近，爆炸产生的冲击波超压峰值越大。因此，在气瓶使用过程中，应严格控制其充装压力和工作压力。

②本文得出了常用规格的气瓶发生物理性爆炸时，对人体各种损伤程度的危害范围(即不同程度损伤下测点到爆炸点的距离)，以及人员活动的安全区域，可以为事故的安全防范提供理论指导。

③本文研究的是在自由场空气中气瓶破裂后发生的物理性爆炸，不考虑有火源引起后续的化学性爆炸和可能发生的二次爆炸，以及爆炸燃烧辐射等复合效应，并且假设文中所研究的受伤害对象没有任何防护手段，直接暴露在事故现场。实际情况要复杂得多，因此，本文只为事故的防范提供参考，不能作为事故发生后的调查依据。

 

[1]郭宗华，周俭明，吴祚平．压缩天然气汽车的特点[J]．煤气与热力，2004，24(2)：108-110．

[2]陈杰，李求进，吴宗之．100起CNG加气站事故的统计分析及对策研究[J]．中国安全生产科学技术，2009，5(1)：71-75．

[3]刘云霞．车用CNG钢瓶产生裂纹的原因及预防措施[J]．煤气与热力，2008，4(4)：B25-B27．

[4]杨勇，姜振锋，吴菲．高压容器爆炸能量的计算[J]．苏州大学学报：自然科学版，2000，16(1)：80-84．

[5]彭世尼，黄小美．燃气安全技术[M]．2版．重庆：重庆大学出版社，2011：62-63．

[6]于畅，田贯三．天然气储气罐破坏效应分析[J]．中国安全科学学报，2010，20(5)：75-79，

[7]杨鑫，石少卿，程鹏飞．空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的预测及数值模拟[J]．爆破，2008，25(3)：15-25．

[8]王光彬，蒋永清，秦雪松．Matlab在压力容器安全分析中的应用[J]．哈尔滨理工大学学报，2003，8(4)：18-24

[9]师立晨，多英全．重大事故危害阂值的探讨[J]．中国安全科学学报，2009，19(12)：51-56．

[10]孙艳馥，王欣．爆炸冲击波对人体损伤与防护分析[J]．火炸药学报，2008，31(8)：50-53．

[11]王立军，孙树德．公共汽车内TNT炸药爆炸的有限元模拟[J]．大连海事大学学报，2012，38(1)：69-71．

[12]佐建君，张光雄，杨军．汽车爆炸的超压分布规律实验研究[J]．安全与环境学报，2006，6(1)：31-33．