4. LNG蒸气云爆炸TNT当量法与超压影响评估

场景设定与计算输入

某LNG接收站封闭式压缩机厂房（长 30 m × 宽 18 m × 高 8 m，总体积 4320 m³）内，一台再冷凝器出口法兰发生泄漏，LNG闪蒸产生的甲烷蒸气在通风失效条件下积聚。假设蒸气云在厂房内近似均匀混合，甲烷体积分数达到 9.5%（接近化学计量比），参与爆炸的甲烷质量按厂房内可燃气云体积与浓度折算。

取甲烷体积分数 φ = 9.5%，厂房净容积 V = 4320 m³，甲烷密度按标准状态 ρ = 0.717 kg/m³ 计，则参与爆炸的甲烷质量：

m_CH4 = φ × V × ρ = 0.095 × 4320 × 0.717 ≈ 294 kg

TNT当量法核心公式：

W_TNT = α × m_CH4 × (Hc_CH4 / Hc_TNT)

α      —— TNT当量系数（封闭空间取 0.15~0.4，本例取 0.25）
Hc_CH4 —— 甲烷燃烧热 50.0 MJ/kg
Hc_TNT —— TNT爆热 4.52 MJ/kg

W_TNT = 0.25 × 294 × (50.0 / 4.52) ≈ 813 kg

比例距离定义 Z = R / W_TNT^(1/3)，其中 W_TNT^(1/3) = 813^(1/3) ≈ 9.33。超压采用TNT标准曲线拟合式（Henrych 或 Mills 形式），本例采用 Mills 简化式：

ΔP = 0.108 / Z − 0.114 / Z² + 1.772 / Z³   (Z 单位 m/kg^(1/3)，ΔP 单位 MPa)

超压分布计算与阈值对照

将不同距离 R 代入 Z = R / 9.33，计算超压并与伤害/破坏阈值对照：

对照常用阈值：人员死亡区 ΔP ≥ 100 kPa（约 R ≤ 12 m）；人员重伤区 ΔP ≥ 44 kPa（约 R ≤ 17 m）；人员轻伤区 ΔP ≥ 17 kPa（约 R ≤ 25 m）；建筑倒塌 ΔP ≥ 30 kPa（约 R ≤ 20 m）；玻璃破碎 ΔP ≥ 5 kPa（约 R ≤ 45 m）。

结果判读与工程应用

• 死亡区（R ≤ 12 m）：覆盖厂房内部及门口区域，说明封闭空间内蒸气云爆炸对现场操作人员具有致命后果，必须通过可燃气体探测联锁与强制通风将气云浓度控制在爆炸下限以下。
• 重伤区与建筑倒塌区（R ≤ 20 m）：厂房外墙及邻近管廊处于该范围，需按抗爆结构设计或设置泄爆面，控制室内人员密度。
• 轻伤区与玻璃破碎区（R ≤ 45 m）：影响至厂区道路与相邻装置边界，应作为人员疏散与应急集合点设置的参考距离。

敏感性检查：若厂房拥塞度高、取 α = 0.4，则 W_TNT ≈ 1301 kg，W_TNT^(1/3) ≈ 10.92，同一超压阈值对应半径约放大 1.17 倍，死亡区半径由 12 m 增至约 14 m。工程报告中应同时给出 α 的取值依据与区间结果，避免单一数值掩盖不确定性。