數據擬合測試下高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應研究

董曄　張杰

摘 要：近年來，隨著天然氣應用愈加廣泛，事故頻率也在同步增加。當中的高壓天然氣管道發生爆炸，不僅會對管道周圍環境造成影響，也會對附近民眾的生命財產安全造成影響。就此，本文基于數據擬合測試，設置活體測點檢測、沖擊波數據記錄，并根據活體毀傷程度判斷同等條件下對人體的毀傷效應。是以，對高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應進行全面性分析研究，以期豐富相關理論并為相關學者提供一定參考。

關鍵詞：數據擬合;高壓天然氣管道;物理爆炸;波毀傷效應

1 緒論

當前，天然氣作為高效清潔能源，得到民眾廣泛應用。截至2018年底，全國城市天然氣使用共計1092億立方米，同比增幅達16.5%。且“十三五”期間，我國預計新建天然氣主干及配套管道共計4萬公里，2020年擬鋪設總里程達10.4萬公里。然而，由于天然氣管道埋設于地下，可能受到環境影響、施工打擾或其他自然災害等因素影響，導致爆炸事故產生。而高壓天然氣管道爆炸會對周圍建筑造成沖擊毀傷，更有可能對人員造成意外傷害。是以，在數據擬合測試下，對高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應進行研究，避免造成人員傷亡及建筑損毀，有重要現實意義。

2 試驗相關設置

2.1 材料選取

本次試驗采選1.6MPa下天然氣鋼管，鋼管主材料為X80，管道總長擬為500m，總容積約500m3。除此以外，本文按照天然氣管道埋深要求中規定，埋設在機動車道以下不低于0.9m的要求，將管道鋪設深度設置為1.0m。且在管道內充入15MPa天然氣，并采用專業聚能切割器在管道約250m左右切割約0.05m貫穿裂縫，對應安裝爆破裝置。此外，對人體毀傷試驗借助活兔。選擇10只身體指標正常的活兔，為避免活兔進行移動破壞研究嚴謹性，對活兔進行活動范圍固定，且將活兔置于約地面1.5m處，盡量切合人體實際情況。

2.2 場地設置

首先，為科學性、全面性記錄物理爆炸中產生的沖擊波，需在試驗場地放置沖擊波傳感器，對沖擊波信號進行采集。并且，為模擬真實爆炸情況，需布設系列活體測點，進一步研究高壓天然氣管道物理爆炸對活體的毀傷效應。兩種測點共計10個，每隔100米對向設置。管道左側設置為沖擊波傳感器，右側設置為活體實驗，且二者距離管道垂直距離均為0.5m。

3 沖擊波分析

3.1 擬合模型

早年，薩道夫斯基研究出TNT炸藥爆炸時，其沖擊波峰值與距離的關系，并創建出計算公式。且由于能量間存在等效原理，可以將天然氣置換為TNT。然而在分析相關數據時，發現天然氣管道物理爆炸衰減速率與TNT爆炸衰減速率較小，此外，爆破能量在初始時期難以掌控，無法對TNT計算公式直接進行應用，需要根據二者峰值數據進行擬合，進而擬合出衰減公式，如下所示：

3.2 沖擊波參數分析

依據試驗所測得數據，進行數據分析，由于篇幅所限，本文不對數據波形進行描繪，僅以數據形式描述。

對表中數據進行合理性分析，可知高壓天然氣管道物理爆炸，在空氣中衰減速度較快，且傳播距離較遠。

4 沖擊波對活體毀傷效應分析

通過對上文沖擊波數據分析可知，距離管道較近的1號和2號測點受到物理爆炸沖擊效應，在一定時間后又受到微弱的高空沖擊波的沖擊。而相對較遠的8到10號，又距離地面較近，距離爆炸點較遠，因此只受到普通沖擊作用，不做分析統計。就此，活體試驗結果可以當做高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應具體分析。具體數據如表2所示。

5 結論

本文基于數據擬合測試，分析高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應，得到如下結論。

第一，在本文設置的物理爆炸條件下，活兔的內臟五部均受到對應沖擊作用。數據顯示，在高壓沖擊下，活體的心臟、肺臟較為脆弱，其次為肝臟和脾臟。因此，在發生高壓天然氣管道物理爆炸時，首先需要對心臟、肺臟進行防護。第二，距離起爆中心距離越大，充擊波壓力伴隨減小，對活體的毀傷程度逐漸減輕。對比人體承受沖擊波闕值發現，人體能夠承受的壓力闕值要大于實驗中活體承壓能力。

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作者簡介：董曄（1975-），女，內蒙古呼和浩特人，碩士研究生，內蒙古機電職業技術學院副教授，研究方向：燃氣工程。