響水化工廠爆炸TNT當量估算

張良杰，謝興華，楊 恒

(安徽理工大學化學工程學院，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當量。根據化工廠主要產品分析此次爆炸的原因，并且對比分析了多種TNT當量的計算方法，確定此次爆炸事故TNT當量理論計算方法。另外根據爆炸事故現場建筑物的破壞情況，與不同藥量在不同距離下爆炸產生的空氣沖擊波超壓進行比較，最終對此次爆炸事故的TNT當量進行核算。

1 爆炸原因分析

據工商資料顯示，發(fā)生爆炸事故的化工廠主要生產的產品包括：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產品儲罐出現明火燃燒，經過了一個不穩(wěn)定的燃燒過程，由燃燒轉變?yōu)楸Z。爆炸物質主要為苯，苯是一種碳氫化合物，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當量計算方法

查閱相關文獻，存在多種爆炸事故TNT當量計算方法，如根據爆炸產生的坑洞尺寸計算爆炸TNT當量、根據沖擊波超壓對人體的損傷程度計算爆炸TNT當量、根據空氣沖擊波對建筑物的破壞情況計算爆炸TNT當量等。

2.1 根據爆炸產生坑洞尺寸計算TNT當量

在普通土壤地面發(fā)生爆炸事故時，爆炸沖擊波與爆炸產生的高溫、高壓氣體聯合作用下，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F場測量得到的炸坑尺寸數據(坑口半徑，炸坑深度)與事故現場地面土壤爆炸作用系數結合，估算出爆炸事故的TNT當量。

2.2 根據人體的損傷程度計算TNT當量

爆炸事故發(fā)生時，產生的沖擊波在空氣中傳播，經過人的身體時，由于波陣面上強大的壓強差，會對人體內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，可調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，再根據受傷位置據爆炸中心的距離計算出爆炸的TNT當量。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 根據建筑物的破壞程度計算TNT當量

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生的空氣沖擊波有關?？諝鉀_擊波的強弱主要由3個參數表征：峰值超壓、正壓作用時間和比沖量[9]。當建筑物距爆炸中心較遠時，對建筑物的破壞主要與空氣沖擊波的峰值超壓大小有關?？諝鉀_擊波對建筑物的破壞程度與峰值超壓的關系如表2所示，由此，也可根據建筑物與爆炸中心的距離和破壞情況推算出爆炸時的TNT當量。

表2 建筑物破壞程度與沖擊波超壓的關系

2.4 計算方法的選擇

發(fā)生爆炸事故時，當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。根據對此次響水化工廠爆炸事故現場的調查，遠處的建筑物主要是受到爆炸產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當量。

根據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，再根據公式計算出不同距離處不同TNT當量炸藥爆炸產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行對比，最終確定出爆炸事故的TNT當量。

爆炸是發(fā)生化工園區(qū)，可認為爆炸是在普通地面發(fā)生。爆炸產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為炸藥的質量，kg (TNT當量)；R為計算點距爆炸中心的距離，m。

3 TNT當量計算

根據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，統計結果如表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生的空氣沖擊波超壓(見表4)，其中黑體部分標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中的數據，同時滿足各處爆炸產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當量在400～500 t之間。

表4 各藥量在不同距離處產生的超壓

4 結論

1)根據調查，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，引起其他化學產品儲罐爆炸，主要爆炸物質為苯。

2)分析比較多種計算TNT當量方法，根據爆炸事故現場情況，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當量。

3)根據理論計算得出的各藥量在不同距離處產生的超壓數據，與爆炸現場建筑物破壞的超壓范圍進行比對，分析得出此次爆炸的TNT當量為400～500 t。