天津爆炸事故报告分析

爆炸事故后果分析

—以天津港爆炸为例一、事故整体概述

2015年8月12日，位于天津市滨海新区天津港的瑞海公司危险品仓库发生火灾爆炸事故，造成165人遇难（其中参与救援处置的公安现役消防人员24人、天津港消防人员75人、公安民警11人，事故企业、周边企业员工和居民55人）、8人失踪（其中天津消防人员5人，周边企业员工、天津港消防人员家属3人），798人受伤（伤情重及较重的伤员58人、轻伤员740人），304幢建筑物、12428辆商品汽车、7533个集装箱受损。截至2015年12月10日，依据《企业职工伤亡事故经济损失统计标准》等标准和规定统计，已核定的直接经济损失68.66亿元。

事故发生后，党中央、国务院高度重视。习近平总书记两次作出重要批示，并主持召开中央政治局常委会会议，对事故抢险救援和应急处置做出部署、提出明确要求。李克强总理率有关同志亲临事故现场指导救援处置工作，主持召开国务院常务会议进行研究部署。经各方努力，事故救援及现场处置任务于2015年9月13日完成，清运危险化学品1176吨、汽车7641辆、集装箱13834个、货物14000吨。798名伤员得到妥善医治。

2015年8月18日，经国务院批准，成立由公安部、安全监管总局、监察部、交通运输部、环境保护部、全国总工会和天津市等有关方面组成的国务院天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故调查组，邀请最高人民检察院派员参加，并聘请爆炸、消防、刑侦、化工、环保等方面专家参与调查工作。

事故调查组坚持“科学严谨、实事求是、依法依规、安全高质”的原则，先后调阅文字资料600多万字，调取监控视频10万小时，开展模拟实验8次，召开专家论证会56场，对600余名相关人员逐一调查取证，通过反复现场勘验、检测鉴定、调查取证、模拟实验、专家论证，查明了事故经过、原因、人员伤亡和直接经济损失，认定了事故性质和责任，提出了对有关责任单位和责任人员的处理建议，分析了事故暴露出的突出问题和教训，提出了加强和改进工作的意见建议。

调查组查明，事故的直接原因是：瑞海公司危险品仓库运抵区南侧集装箱内硝化棉由于湿润剂散失出现局部干燥，在高温（天气）等因素的作用下加速分解放热，积热自燃，

引起相邻集装箱内的硝化棉和其他危险化学品长时间大面积燃烧，导致堆放于运抵区的硝酸铵等危险化学品发生爆炸。

二、事故发生过程分析

（1）硝化棉固体火灾计算

固体火灾的热辐射参数按点源模型估计。此模型认为火焰射出的能量为燃烧的一部分，并且辐射强度与目标至火源中心距离的平方成反比，即：

2

/(4)

r c c q fM H x π=

式中 qr ——目标接受到的辐射强度，W/㎡； f ——辐射系数，可取f=0.25； Mc ——燃烧速率，kg/s ； Hc ——燃烧热，J/kg ；

x ——目标至火源中心间的水平距离，m 。

分析计算时，取含氮量在12.5%以下的硝化棉，燃烧热取7

c 1082.1?=H J/kg ，燃烧速

度取Mc=3.0kg/s ，x =20 m 。

㎡KW/ 2.716q r =

该计算得出1KG 硝化棉所释放的辐射强度，据网上公示报告显示，当天库存运抵的硝化棉达20吨左右（即20000KG ）。当所有硝化棉燃烧时所放出的辐射强度可达40万KW/㎡。

由于硝化棉燃烧释放出大量气体，使集装箱膨胀并发生泄漏，使内部的硝化棉释放并被点燃，发生更剧烈的燃烧，产生强大的火球，产生第一次爆炸。

1)火球半径

327.0665.2M R =

式中 R ——火球半径，m ；

M ——急剧蒸发的可燃物质的质量，kg 。 根据网上查询，M=20 t 。得R=67.94 m 2)火球持续时间

327

.0089.1M

t =

式中 t ——火球持续时间，s 。 得t=27.3 s

3)火球燃烧时释放出的辐射热通量

t

M

H Q C η=

式中 Q ——火球燃烧时辐射热通量，W ； Hc ——燃烧热，J/kg ；

η——效率因子，取决于容器内可燃物质的饱和蒸气压P ，0.32

0.27P η=；

其他符号同前。

得KW Q 6

10611.3?= 4)目标接受到的入射热辐射强度

2

4x QT I c

π=

式中 Tc ——传导系数，保守取值为1；

x ——目标距火球中心的水平距离，m ； 其他符号同前。

由此，得出硝酸铵受到的总入射通量2

8.718M KW I

=。

参考下表，在半个小时内，足以将硝酸铵从100℃分解加热到1000℃，而事实上，当入

射辐射量达到37.5KW/㎡，5分钟内温度可以达到400℃，硝酸铵达到爆炸条件，进而导致了第二次爆炸。

（2）燃烧爆炸产生的冲击波超压计算

经专业记录，从波形记录结果看，第一次爆炸发生在8月12日23时34分6秒，近震震级ML约2.3级，相当于3吨TNT，第二次爆炸在30秒种后，近震震级ML约2.9级，相当于21吨TNT。

冲击波波阵面上的超压与产生冲击波的能量有关，同时也与距离爆炸中心的远近有关。冲击波的超压与爆炸中心距离的关系为：

n

R

p-

∝

?

式中△p——冲击波波阵面上的超压，MPa；

R——距爆炸中心的距离，m；

n——衰减系数。

衰减系数在空气中随着超压的大小而变化，在爆炸中心附近为2.5～3；当超压在数个大气压以内时，n=2；小于1个大气压，n=1.5。

实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果距离爆炸中心的R之比与炸药量q 三次方根相等，则所产生的冲击波超压相同，用公式表示如下：

若

α

=

=3

q

q

R

R

则0

p

p?

=

?

式中R——目标与爆炸中心距离，m；

R0——目标与基准爆炸中心的相当距离，m；

q0——基准炸药量，TNT，kg；

q——爆炸时产生冲击波所消耗的炸药量，TNT，kg；

△p——目标处的超压，MPa；

△p0——基准目标处的超压，MPa；

α——炸药爆炸试验的模拟比。

上式也可写成为：

△p(R)=△p0(R/a)

由

就可以根据某些已知药量的试验所测得的超压来确定任意药量爆炸时在各种相应距离下的超压。

表1是1000kgTNT炸药在空气中爆炸时所产生的冲击波超压。

表1 1 000kgTNT爆炸时的冲击波超压

将爆破能量q 换算成TNT 当量q 。因为1 kg TNT 爆炸所放出的爆破能量为4 230～4 836kJ/kg ，一般取平均爆破能量为4500kJ/kg ，故其关系为：

TNT q=E/q =E/4500

求出爆炸的模拟比α，即：

1113

3

3

0=(q/q )=(q/1000) =0.1q

α

得59.27210000001.03

1=?=α 由以上数据得到公式 α

R

R =o

1）R=150 m 时，47.559

.27150

o ==

=

α

R

R m ，对应表1取△p=2.06~2.94 破坏作用：大型钢架结构破坏；大部分人员死亡。 2）R=1500 m 时，37.5459

.271500

o ==

=

α

R

R m ，对应表1取△p=0.0205~0.0235 破坏作用：墙裂缝；人体轻微损伤。 3）R=3000m 时，74.10859

.273000

o ==

=

α

R

R m ，对应表1取△p=＜0.013 破坏作用：受压面的门窗玻璃大部分破碎。 4）R=5000m 时，23.18159

.275000

o ==

=

α

R

R m ，对应表1取△p=＜0.013 破坏作用：门窗玻璃部分破碎。

表2 冲击波超压对人体的伤害作用

表3 冲击波超压对建筑物的破坏作用

三、与事故现场对比分析

（1）事故现场

事故现场按受损程度，分为事故中心区(航拍图见图2、示意图见图3)、爆炸冲击波波及区(示意图见图4)。事故中心区为此次事故中受损最严重区域，该区域东至跃进路、西至海滨高速、南至顺安仓储有限公司、北至吉运三道，面积约为54万平方米。两次爆炸分别形成一个直径15米、深1.1米的月牙形小爆坑和一个直径97米、深2.7米的圆形大爆坑。以大爆坑为爆炸中心，150米范围内的建筑被摧毁，东侧的瑞海公司综合楼和南侧的中联建通公司办公楼只剩下钢筋混凝土框架；堆场内大量普通集装箱和罐式集装箱被掀翻、解体、炸飞，形成由南至北的3座巨大堆垛，一个罐式集装箱被抛进中联建通公司办公楼4层房间内，多个集装箱被抛到该建筑楼顶；参与救援的消防车、警车和位于爆炸中心南侧的吉运一道和北侧吉运三道附近的顺安仓储有限公司、安邦国际贸易有限公司储存的7641辆商品汽车和现场灭火的30辆消防车在事故中全部损毁，邻近中心区的贵龙实业、新东物流、港湾物流等公司的4787辆汽车受损。

图1 瑞海公司地理方位示意图

图2 事故中心区航拍图

图3 事故中心区示意图

图4 爆炸冲击波波及区示意图

爆炸冲击波波及区分为严重受损区、中度受损区。严重受损区是指建筑结构、外墙、吊顶受损的区域，受损建筑部分主体承重构件(柱、梁、楼板)的钢筋外露，失去承重能力，不再满足安全使用条件。中度受损区是指建筑幕墙及门、窗受损的区域，受损建筑局部幕墙及部分门、窗变形、破裂。

严重受损区在不同方向距爆炸中心最远距离为：东3公里(亚实履带天津有限公司)，西3.6公里(联通公司办公楼)，南2.5公里(天津振华国际货运有限公司)，北2.8公里(天津丰田通商钢业公司)。中度受损区在不同方向距爆炸中心最远距离为：东3.42公里(国际物流验放中心二场)，西5.4公里(中国检验检疫集团办公楼)，南5公里(天津港物流大厦)，北5.4公里(天津海运职业学院)。受地形地貌、建筑位置和结构等因素影响，同等距离范围内的建筑受损程度并不一致。

爆炸冲击波波及区以外的部分建筑，虽没有受到爆炸冲击波直接作用，但由于爆炸产生地面震动，造成建筑物接近地面部位的门、窗玻璃受损，东侧最远达8.5公里(东疆港宾馆)，西侧最远达8.3公里(正德里居民楼)，南侧最远达8公里(和丽苑居民小区)，北侧最远达13.3公里(海滨大道永定新河收费站)。

（2）对比

实验数据中的150m范围内的建筑大型钢架结构破坏；大部分人员死亡，与现场符合。但是在1500m之外的建筑物损坏程度低于现场破坏程度，有可能存在一些原因，如下说明：

1.实验计算所获得的数据并不准确，不是事故现场精确的数据，所以造成一些偏差；

2.公式本身就存在一些误差值，所以计算时肯定会产生偏差；

3.由于硝化棉和硝酸铵的数据并无准确定义，要参考实际物体状态才能的到准确数据，所以估算和实际是有偏差的。