常用防爆容器的应用和性能比较

摘 要：文章主要介绍了在公共安全防护领域国内外常用防爆容器的发展情况，针对爆炸防护过程中所涉及的爆炸冲击波知识、防爆容器的主体结构材料使用分类、应用发展情况和主要防护性能机理进行了描述，着重论述了在疑似爆炸物转移和处置的过程当中，三种常用防爆容器—— 防爆毯、防爆罐（球）、防爆箱的主要防护性能，并对爆炸防护中所涉及的测试技术规范进行了汇总，以此为爆炸安全防护领域工作的进一步开展提供一定的参考。

关键词：爆炸冲击波 防爆容器 防爆毯 防爆罐（球） 防爆箱

中图分类号：TJ5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（c）-0078-02

空气中爆炸现象可分为物理爆炸（如锅炉爆炸、地震等）、化学爆炸（如炸药爆炸、火箭推进剂的爆炸等）和核爆炸等。TNT炸药在空气中爆炸时，在装药空间内会以极短时间将化学能量全部转为爆炸波能量，把反应产物瞬间加热到高温和高压状态，由于爆炸产生的高压、高温、高速产物会对周围介质做功，产生巨大压力突跃即冲击波。爆炸冲击波随传播距离的增加一般呈指数衰减趋势，故距离越近，伤害越大。爆炸点附近的冲击波超压甚至可以达到几十GPa，而离爆炸点几十米外的玻璃窗也可能会由于冲击波的作用而发生破碎。爆炸冲击波对人身和周围建筑物等公共财产损害是全方位和大面积的，爆炸物引发的主要伤害包括：伴随爆炸的高速飞溅物、爆炸产生的冲击波、声波、光波、超压等对周围的巨大冲击。如何更好地处置爆炸物和疑似爆炸物，从而大大降低爆炸物的危害性成为公共安全防护领域研究的重要方向。将疑似危险品和爆炸物迅速放入到防爆容器内进行安全隔离和引爆，利用防爆容器来安全地转移爆炸物，这是进行人身和财产安全的行之有效的处置爆炸物手段。防爆容器是一类特殊的密封型压力容器（顶部可以密闭或开口），它能对其内部所发生的爆炸过程进行有效地约束。防爆容器将疑似危险爆炸物进行安全隔离并且使爆炸产生的冲击波及破片被限制在容器内部，这就能够能够有效地限制爆炸冲击波和产物的作用范围，并对人员和周围环境实现有效的近距离保护，是车站、机场等公共场所需要紧急处理可疑爆炸物品的重要防护设备。

1 防爆容器的研究应用情况

制造防爆容器的设想始于第二次世界大战期间，美国LosAlamos国家实验室LANL的科学家为了将爆炸作用的范围和意外事故控制在最小程度，提出并研制出了世界上第一台防爆容器，美国、俄罗斯、法国、英国、日本和瑞典等许多国家相继研制出几公斤、几十公斤乃至上百公斤、几百公斤TNT当量的爆炸防护设备。国内防爆容器的研究起步较晚，1984年，章仕表在江西洪都机床厂主持研制我国第一台装药量l kgTNT当量的防爆容器。1986年中国工程物理研究院研制成装药量5 kgTNT当量的防爆容器，2001年又研制成装药量10 kgTNT当量的防爆容器；2003年，国防科技大学曹胜光等研制了5 kgTNT当量防爆容器。2007年李晓杰等研制成装药量828 kgTNT当量，直径36m，容积12000 m3的半球型消波防爆容器。在国内，林俊德、钟方平、胡八一等研究专家对单层及多层球形、圆柱形金属防爆容器的动力响应和设计方法进行了卓有成效的研究工作。

由于应用目的不同，防爆容器的结构也多种多样，按照使用情况、结构形式以及构成承载单元的材料类别，可以分为如下几点。

（1）按使用情况可分为重复多次使用防爆容器与单次使用防爆容器。

（2）按结构形式可分为单层防爆容器与多层防爆容器。

（3）按材料类别可分为金属材料防爆容器与复合材料防爆容器。常见的有球型、圆柱型和组合型容器，并有单层结构、多层结构和复合材料结构等多种形式。

从上述防爆容器研究发展的情况，防爆容器从最初的单层结构形式发展到多层结构形式，从单一金属材料发展到金属/吸能缓冲材料并用的形式。不同材料组成的复合结构制造的防爆容器比单一金属材料制造的防爆容器具有更强的抗爆和承受爆炸冲击载荷能力，可以预见在爆炸安全防护领域采用复合结构来研制防爆容器将是未来研究发展趋势。虽然防爆容器已有60多年的应用和发展历史，但迄今为止没有一个统一的设计制造规范，特别是涉及到爆炸冲击波与结构的相互作用等复杂过程的研制中各国还没有形成一套成熟并且规范的防爆容器设计标准。作为一种特殊的承载超强压力的防护装置，防爆容器已被广泛应用于爆轰效应研究、爆炸动态结构力学、爆炸科研试验以及公共安全等相关排爆领域。目前在国内公共安全爆炸防护领域中，针对处置疑似危险爆炸物的空间环境和运输情况，开口型、密闭型等各种结构形式的罐体、箱体、毯式防爆容器设备应运而生。

2 常用防爆容器的防护机理性能比较

在常用防爆容器的研制过程中，防爆毯、防爆罐（球）、防爆箱等为主的防护设备已经在处置疑似危险爆炸物过程中得以广泛应用。

2.1 防爆毯

防爆毯的形貌如图1所示，防爆毯采用先进的双围栏结构，由软质材料加工而成，能有效减少爆炸物爆炸时所产生的冲击波和破片对周围的人和物造成伤害的临时防护装置，一般由盖毯和围栏组成，盖毯和围栏由内胆、外套等制成，能有效的阻挡82-2式手榴弹爆炸时所产生的破坏效应，相当于62 gTNT炸药的爆炸威力，对爆炸破片和冲击效应可以形成一定的阻挡作用，从而最大限度的防止爆炸中心附近的人和物免受损伤，是现场临时处置爆炸物品的重要装置。以爆炸源为中心，围成半径3000 mm、高度1700 mm的模拟靶标（由5 mm厚的瓦楞纸板贴地围成一个圆形靶标），当爆炸源（82-2制式手榴弹）引爆时，在模拟靶标上不应有穿透孔来验证防爆性能。

盖毯和围栏的总质量小于等于30 kg，盖毯的外形尺寸应大于等于1200 mm×1200 mm，围栏的内径尺寸应大于等于400 mm。盖毯和围栏的外套材料在抗渗水性能（耐静水压应大于12 kPa），断裂强力（经向和纬向均应大于1200 N），撕破强力（经向和纬向均应大于120 N）等方面均有严格要求。

2.2 防爆箱

防爆箱的形貌如图2所示。在国外防爆箱有车载式集装箱体结构，主要利用金属防护材料进行设计加工而成，体积大，不适应相对狭小空间。为了克服常规金属防爆容器的体积重量偏大的特点，需要研制一种重量小、体积轻、便于移动的箱体以便适用于银行、飞机机舱、动车车厢等空间相对狭小的场合。

目前国内在轻便防爆箱体的研制方面刚刚展开研究，我所利用经验设计、数值模拟、试验验证相结合的方法开展对轻便防爆箱的箱体研制。箱体采用内箱、外箱、包裹袋三个组件。其中内箱为抽屉状结构，外箱为抽屉柜状结构，包裹袋为柔性圆筒状结构。防爆箱处于贮运状态时，疑似爆炸物收入内箱，内箱放入外箱，外箱置于包裹袋中以获得全方位的防护性能。防爆箱的主体材料具有较高强度与韧性、良好的温度耐受性、可行的加工工艺性能和环境适应性，能承受冲击波超压和破片产生的毁伤，防爆当量可达到200 g标准TNT炸药，重量小于30 kg。

2.3 防爆罐、防爆球

防爆罐的形貌如图3所示。防爆罐是一种能够抑制爆炸物所产生的冲击波和破片对周围环境造成的杀伤效应，用于临时存放或运输爆炸物及其他可疑爆炸物的罐状、筒状等专用防护装置。一般包括可分为固定式防爆罐和拖车式防爆罐。防爆罐一般采用圆柱型多孔筒状结构，罐体主要有开口型和密闭型防爆罐两种型式，一般按设计方向进行定向泄爆和吸能，有效抑制爆炸物碎片和冲击效应。利用吸能材料填入到罐体夹层中，从而增强罐体结构延缓爆炸冲击波对罐体结构的持续作用时间，起到一定的抗爆效果。对于多层防护结构的开口的筒形及密封的罐形结构防爆容器，一般采用经验设计、有限元数值仿真计算、爆轰试验验证等方法。

防爆球的形貌如图4所示。防爆球按使用方式一般采用固定式、车载式以及拖车牵引式。通常为上、下泄爆的半球型结构。防爆球由于是近似封闭结构，对爆炸能量能够较好的进行全向抑制，但要预估超当量爆炸物潜在的二次伤害。

研制罐体、球体过程比较复杂，需要利用数值仿真计算技术，罐体动态力学应变响应测试技术为罐体结构设计提供相应的理论指导，从而提出合理的结构设计，依据爆破试验和冲击波测试技术来验证防爆罐、防爆球结构的抗爆效果，通过冲击波超压测试可以更好地验证防爆罐、防爆球的有效安全距离，抗爆当量一般在1 kgTNT以上，防爆球重量一般在几百千克到几千千克之间。

3 结语与讨论

防爆毯、防爆罐（球）、防爆箱三种常用的爆炸物处置和转移的防爆容器，在进行公共安全防护领域的应用过程中，各有其主要的应用方式和防护性能测试方法，其中防爆毯的制作相对简单，测试要求比较单一，无冲击波超压测试要求，只有防护爆炸破片的测试。防爆罐（球）和防爆箱体的研制过程较为复杂，在数值测试中，不仅进行防破片测试，还可以进行爆炸冲击波的超压数值测试，测试要求比较严格，在测试上需选用响应快、灵敏度高的压电式压力传感器，与数据采集系统进行配合后，爆轰测试所获取的数据信息将为罐体、球体的进一步优良设计提供重要的参考价值。

复合结构型防爆容器在爆炸实验或爆轰研究中有较好的应用前景，对于较大当量的爆炸实验，采用复合结构型防爆容器是一种安全可靠的实验方式，但在较大当量爆炸物的试验过程中，传感器的保护以及测试系统的整体抗干扰性能方面需要加以考虑和设计。在爆炸冲击载荷作用下，复合结构防爆容器的动力学响应比较复杂，研究还应借助有限元分析、数值模拟和爆炸实验等手段进行深入研究。在实爆实验当中，爆炸产生的抛物、破片等会对防爆容器造成一定的破坏，需要对防爆容器进行加强和保护。其内部安装一定的缓冲防护层来有效衰减冲击波以及选用硬质材料来拦截破片的向外溢出，这些措施不仅能够提高防爆容器抗爆防护性能，而且大大增强了复合结构防爆容器的承载能力，对保证爆轰实验过程的安全可靠具有一定的意义。

参考文献

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