响水化工厂爆炸TNT当量估算

张良杰，谢兴华，杨 恒

(安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南 232001)

近些年来，各类爆炸事故时有发生。如2015年8月12日天津港爆炸事故[1]、2017年12月9日江苏连云港聚鑫生物科技有限公司爆炸事故[2]、2018年11月28日华盛化工爆炸事故等[3]。2019年3月21日，江苏省盐城市响水县陈家港镇生态化工园区发生特大爆炸事故[4]。为了使人们更清楚地了解爆炸的危险性，需要确定出爆炸事件的TNT当量。根据化工厂主要产品分析此次爆炸的原因，并且对比分析了多种TNT当量的计算方法，确定此次爆炸事故TNT当量理论计算方法。另外根据爆炸事故现场建筑物的破坏情况，与不同药量在不同距离下爆炸产生的空气冲击波超压进行比较，最终对此次爆炸事故的TNT当量进行核算。

1 爆炸原因分析

据工商资料显示，发生爆炸事故的化工厂主要生产的产品包括：间羟基苯甲酸、苯甲醚、对叔丁基氯化苯、三羟甲基氨基甲烷、氯代叔丁烷、间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、均三二甲基苯胺、甲基苯胺、二氨基甲苯、间二甲氨基苯甲酸、二羟基苯甲酸、对甲苯胺、二硝基苯等[5]。

此次爆炸主要是化工厂内一个固体危险废弃物储存仓库失火，火势蔓延引起其他化学产品储罐出现明火燃烧，经过了一个不稳定的燃烧过程，由燃烧转变为爆轰。爆炸物质主要为苯，苯是一种碳氢化合物，在常温下是甜味、可燃、有致癌毒性的无色透明液体，并带有强烈的芳香气味[6]。苯蒸汽与空气混合，其浓度在1.2%～8%时，会形成爆炸性气体混合物。

2 TNT当量计算方法

查阅相关文献，存在多种爆炸事故TNT当量计算方法，如根据爆炸产生的坑洞尺寸计算爆炸TNT当量、根据冲击波超压对人体的损伤程度计算爆炸TNT当量、根据空气冲击波对建筑物的破坏情况计算爆炸TNT当量等。

2.1 根据爆炸产生坑洞尺寸计算TNT当量

在普通土壤地面发生爆炸事故时，爆炸冲击波与爆炸产生的高温、高压气体联合作用下，地面土壤会被破坏、抛掷形成炸坑[7](见图1)。

图1 炸坑Fig.1 Explosion pit

当爆炸发生在地表时，炸药能量大部分作用在空气中，对土壤的侵彻作用较低，炸坑的深度一般会小于坑口半径。可根据现场测量得到的炸坑尺寸数据(坑口半径，炸坑深度)与事故现场地面土壤爆炸作用系数结合，估算出爆炸事故的TNT当量。

2.2 根据人体的损伤程度计算TNT当量

爆炸事故发生时，产生的冲击波在空气中传播，经过人的身体时，由于波阵面上强大的压强差，会对人体内部各个器官造成不同程度的伤害。人体器官损伤程度与空气冲击波的超压大小有关，可调查爆炸事故周边人员受伤情况，确定受伤地点冲击波超压范围，再根据受伤位置据爆炸中心的距离计算出爆炸的TNT当量。不同程度的空气冲击波超压对人体的具体损伤程度如表1所示[8]。

表1 冲击波超压对人体的损伤情况

2.3 根据建筑物的破坏程度计算TNT当量

发生剧烈爆炸事故，对周围建筑物的破坏情况主要与爆炸产生的空气冲击波有关。空气冲击波的强弱主要由3个参数表征：峰值超压、正压作用时间和比冲量[9]。当建筑物距爆炸中心较远时，对建筑物的破坏主要与空气冲击波的峰值超压大小有关。空气冲击波对建筑物的破坏程度与峰值超压的关系如表2所示，由此，也可根据建筑物与爆炸中心的距离和破坏情况推算出爆炸时的TNT当量。

表2 建筑物破坏程度与冲击波超压的关系

2.4 计算方法的选择

发生爆炸事故时，当建筑物与爆炸中心有一定距离时，主要考虑空气冲击波对建筑物的破坏作用。根据对此次响水化工厂爆炸事故现场的调查，远处的建筑物主要是受到爆炸产生的强大冲击波超压作用而毁坏，因此，选用空气冲击波对建筑物的破坏程度来计算爆炸事故的TNT当量。

根据爆炸对周边建筑物的破坏情况，确定出在爆炸周边不同距离处空气冲击波的超压范围，再根据公式计算出不同距离处不同TNT当量炸药爆炸产生的空气冲击波超压，与之前确定出的空气冲击波超压范围值进行对比，最终确定出爆炸事故的TNT当量。

爆炸是发生化工园区，可认为爆炸是在普通地面发生。爆炸产生的空气冲击波超压可以运用萨道夫斯基公式计算[10]：

(1)

式中：Δp为空气冲击波的超压值，kPa；W为炸药的质量，kg (TNT当量)；R为计算点距爆炸中心的距离，m。

3 TNT当量计算

根据建筑物的破坏特征判定其破坏等级，并确定出冲击波超压的取值范围，统计结果如表3所示。

表3 爆炸周围建筑物破坏情况

运用萨道夫斯基公式计算，得到不同炸药量在不同距离处产生的空气冲击波超压(见表4)，其中黑体部分标出的是符合爆炸周围各距离处建筑物破坏的空气冲击波超压。综合比较表4中的数据，同时满足各处爆炸产生空气冲击波超压的炸药量为400～500 t，故得出响水化工厂爆炸事故的TNT当量在400～500 t之间。

表4 各药量在不同距离处产生的超压

4 结论

1)根据调查，本次化工厂发生爆炸的原因是固体危险废弃物储存仓库失火，引起其他化学产品储罐爆炸，主要爆炸物质为苯。

2)分析比较多种计算TNT当量方法，根据爆炸事故现场情况，按空气冲击波超压对建筑物的破坏情况来计算此次爆炸事故TNT当量。

3)根据理论计算得出的各药量在不同距离处产生的超压数据，与爆炸现场建筑物破坏的超压范围进行比对，分析得出此次爆炸的TNT当量为400～500 t。