數(shù)據(jù)擬合測試下高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應(yīng)研究

董曄　張杰

摘 要：近年來，隨著天然氣應(yīng)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(fā)生爆炸，不僅會對管道周圍環(huán)境造成影響，也會對附近民眾的生命財產(chǎn)安全造成影響。就此，本文基于數(shù)據(jù)擬合測試，設(shè)置活體測點檢測、沖擊波數(shù)據(jù)記錄，并根據(jù)活體毀傷程度判斷同等條件下對人體的毀傷效應(yīng)。是以，對高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應(yīng)進行全面性分析研究，以期豐富相關(guān)理論并為相關(guān)學者提供一定參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)擬合;高壓天然氣管道;物理爆炸;波毀傷效應(yīng)

1 緒論

當前，天然氣作為高效清潔能源，得到民眾廣泛應(yīng)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(yù)計新建天然氣主干及配套管道共計4萬公里，2020年擬鋪設(shè)總里程達10.4萬公里。然而，由于天然氣管道埋設(shè)于地下，可能受到環(huán)境影響、施工打擾或其他自然災(zāi)害等因素影響，導(dǎo)致爆炸事故產(chǎn)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(shù)據(jù)擬合測試下，對高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應(yīng)進行研究，避免造成人員傷亡及建筑損毀，有重要現(xiàn)實意義。

2 試驗相關(guān)設(shè)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?cè)莘e約500m3。除此以外，本文按照天然氣管道埋深要求中規(guī)定，埋設(shè)在機動車道以下不低于0.9m的要求，將管道鋪設(shè)深度設(shè)置為1.0m。且在管道內(nèi)充入15MPa天然氣，并采用專業(yè)聚能切割器在管道約250m左右切割約0.05m貫穿裂縫，對應(yīng)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(shè)置

首先，為科學性、全面性記錄物理爆炸中產(chǎn)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(shè)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(yīng)。兩種測點共計10個，每隔100米對向設(shè)置。管道左側(cè)設(shè)置為沖擊波傳感器，右側(cè)設(shè)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(guān)系，并創(chuàng)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(guān)數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)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(yīng)用，需要根據(jù)二者峰值數(shù)據(jù)進行擬合，進而擬合出衰減公式，如下所示：

3.2 沖擊波參數(shù)分析

依據(jù)試驗所測得數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析，由于篇幅所限，本文不對數(shù)據(jù)波形進行描繪，僅以數(shù)據(jù)形式描述。

對表中數(shù)據(jù)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(yīng)分析

通過對上文沖擊波數(shù)據(jù)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(yīng)，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(tǒng)計。就此，活體試驗結(jié)果可以當做高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應(yīng)具體分析。具體數(shù)據(jù)如表2所示。

5 結(jié)論

本文基于數(shù)據(jù)擬合測試，分析高壓天然氣管道物理爆炸的波毀傷效應(yīng)，得到如下結(jié)論。

第一，在本文設(shè)置的物理爆炸條件下，活兔的內(nèi)臟五部均受到對應(yīng)沖擊作用。數(shù)據(jù)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(fā)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(fā)現(xiàn)，人體能夠承受的壓力闕值要大于實驗中活體承壓能力。

參考文獻：

[1]程良玉，龍源，毛益明，等.大口徑高壓管道物理爆炸沖擊波傳播規(guī)律的試驗研究[J].振動與沖擊，2017（22）：46-50+123.

[2]王德國.基于管道爆炸數(shù)值模擬的架空天然氣管道并行問距研究[J].中國石油大學學報：自然科學版，2013，37（05）：175-180.

[3]伍奕，楊明，謝萍，等.高壓天然氣管道物理爆炸空氣沖擊波毀傷研究[J].安全與環(huán)境學報，2018，18（06）：110-113.

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