数据拟合测试下高压天然气管道物理爆炸的波毁伤效应研究

来源:用户上传      作者:董晔　张杰

　　摘 要：近年来，随着天然气应用愈加广泛，事故频率也在同步增加。当中的高压天然气管道发生爆炸，不仅会对管道周围环境造成影响，也会对附近民众的生命财产安全造成影响。就此，本文基于数据拟合测试，设置活体测点检测、冲击波数据记录，并根据活体毁伤程度判断同等条件下对人体的毁伤效应。是以，对高压天然气管道物理爆炸的波毁伤效应进行全面性分析研究，以期丰富相关理论并为相关学者提供一定参考。
　　关键词：数据拟合;高压天然气管道;物理爆炸;波毁伤效应
　　1 绪论
　　当前，天然气作为高效清洁能源，得到民众广泛应用。截至2018年底，全国城市天然气使用共计1092亿立方米，同比增幅达16.5%。且“十三五”期间，我国预计新建天然气主干及配套管道共计4万公里，2020年拟铺设总里程达10.4万公里。然而，由于天然气管道埋设于地下，可能受到环境影响、施工打扰或其他自然灾害等因素影响，导致爆炸事故产生。而高压天然气管道爆炸会对周围建筑造成冲击毁伤，更有可能对人员造成意外伤害。是以，在数据拟合测试下，对高压天然气管道物理爆炸的波毁伤效应进行研究，避免造成人员伤亡及建筑损毁，有重要现实意义。
　　2 试验相关设置
　　2.1 材料选取
　　本次试验采选1.6MPa下天然气钢管，钢管主材料为X80，管道总长拟为500m，总容积约500m3。除此以外，本文按照天然气管道埋深要求中规定，埋设在机动车道以下不低于0.9m的要求，将管道铺设深度设置为1.0m。且在管道内充入15MPa天然气，并采用专业聚能切割器在管道约250m左右切割约0.05m贯穿裂缝，对应安装爆破装置。此外，对人体毁伤试验借助活兔。选择10只身体指标正常的活兔，为避免活兔进行移动破坏研究严谨性，对活兔进行活动范围固定，且将活兔置于约地面1.5m处，尽量切合人体实际情况。
　　2.2 场地设置
　　首先，为科学性、全面性记录物理爆炸中产生的冲击波，需在试验场地放置冲击波传感器，对冲击波信号进行采集。并且，为模拟真实爆炸情况，需布设系列活体测点，进一步研究高压天然气管道物理爆炸对活体的毁伤效应。两种测点共计10个，每隔100米对向设置。管道左侧设置为冲击波传感器，右侧设置为活体实验，且二者距离管道垂直距离均为0.5m。
　　3 冲击波分析
　　3.1 拟合模型
　　早年，萨道夫斯基研究出TNT炸药爆炸时，其冲击波峰值与距离的关系，并创建出计算公式。且由于能量间存在等效原理，可以将天然气置换为TNT。然而在分析相关数据时，发现天然气管道物理爆炸衰减速率与TNT爆炸衰减速率较小，此外，爆破能量在初始时期难以掌控，无法对TNT计算公式直接进行应用，需要根据二者峰值数据进行拟合，进而拟合出衰减公式，如下所示：
　　3.2 冲击波参数分析
　　依据试验所测得数据，进行数据分析，由于篇幅所限，本文不对数据波形进行描绘，仅以数据形式描述。
　　 对表中数据进行合理性分析，可知高压天然气管道物理爆炸，在空气中衰减速度较快，且传播距离较远。
　　4 冲击波对活体毁伤效应分析
　　通过对上文冲击波数据分析可知，距离管道较近的1号和2号测点受到物理爆炸冲击效应，在一定时间后又受到微弱的高空冲击波的冲击。而相对较远的8到10号，又距离地面较近，距离爆炸点较远，因此只受到普通冲击作用，不做分析统计。就此，活体试验结果可以当做高压天然气管道物理爆炸的波毁伤效应具体分析。具体数据如表2所示。
　　5 结论
　　本文基于数据拟合测试，分析高压天然气管道物理爆炸的波毁伤效应，得到如下结论。
　　第一，在本文设置的物理爆炸条件下，活兔的内脏五部均受到对应冲击作用。数据显示，在高压冲击下，活体的心脏、肺脏较为脆弱，其次为肝脏和脾脏。因此，在发生高压天然气管道物理爆炸时，首先需要对心脏、肺脏进行防护。第二，距离起爆中心距离越大，充击波压力伴随减小，对活体的毁伤程度逐渐减轻。对比人體承受冲击波阙值发现，人体能够承受的压力阙值要大于实验中活体承压能力。
　　参考文献：
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　　[3]伍奕，杨明，谢萍，等.高压天然气管道物理爆炸空气冲击波毁伤研究[J].安全与环境学报，2018，18（06）：110-113.
　　作者简介：董晔（1975-），女，内蒙古呼和浩特人，硕士研究生，内蒙古机电职业技术学院副教授，研究方向：燃气工程。
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