输气管道高后果区蒸气云爆炸超压预测方法探究

为准确预测输气管道高后果区在发生蒸气云爆炸事故时的超压分布情况,对国内外运用较为广泛的蒸气云爆炸超压预测经验模型和数值模拟方法进行调研,并分别应用其对某输气管道全尺寸泄漏燃爆实验进行超压预测,结合实验数据和输气管道高后果区管理现状进行方法准确性和工程适用性分析。研究结果表明：基于等效TNT假设的Henrych模型、Mills模型和等效TNT当量数值模拟方法均不适合准确预测蒸气云爆炸超压,TNO多能法和混合气体数值模拟方法所预测的结果较为接近实验结果。TNO多能法使用简便且推广性强,但主观性较大,易高估或低估爆炸后果;混合气体数值模拟方法操作繁琐且推广性差,但分析结果精度较高。在对高后果区进行安全管控时,可结合TNO多能法与混合气体数值模拟方法同时对管道工况进行评估,确定TNO多能法的爆源强度等级,继而推广使用TNO多能法。该研究结果可在较大程度上保证评估的准确性并节约成本。     

液体火箭共底破裂爆炸安全设防距离

针对航天发射场一旦发生低温推进剂泄漏而导致火箭爆炸,会对人员和财产造成重大损失的问题,采用TNT当量模型和TNO(The Netherlands Organization)多能模型计算不同摩尔百分比的氢氧推进剂混合反应时产生爆炸冲击波的危害性,并模拟爆炸冲击波造成的事故影响范围,然后对两种模型的仿真结果加以对比分析,根据最不利原则选取出最终需要的结果,最后划分出安全设防距离。由仿真结果可知,不同的氢氧混合摩尔百分比造成的爆炸后果不同,同时TNT当量模型在爆炸近场处高估了爆炸超压值,在爆炸远场处低估了爆炸超压值,而TNO多能模型在理论上有效地对这一缺陷进行了弥补。对航天发射场的安全布局起到了一定的参考价值。     

苯的蒸气云爆炸伤害分析

介绍了蒸气云爆炸事故机理以及4种方法研究蒸气云爆炸破坏力的影响范围,并根据TNT当量法和TNO建议,计算苯蒸气云燃烧爆炸冲击波的影响范围,即确定死亡半径、重伤半径、轻伤半径及财产损失半径,为企业和政府的应急救援提供帮助。     

天然气管道泄漏爆炸实验分析

天然气管道失效造成泄漏爆炸给周围人员带来非常严重的危害,对其危害范围的研究对输气管道设计和运行具有重要的意义。常见的天然气管道泄漏爆炸伤害半径计算方法有蒸气云爆炸(VCE)定量评价模型、TNO多能法评价模型、API pub 581定量后果评价模型和炸药爆炸经验公式。为验证不同评价模型在受限空间的预测效果,利用天然气爆炸试验台进行了受限空间爆炸实验,得到最大压强与距离经验关系,计算出天然气浓度为7%、9%和11%情况下爆炸死亡半径。计算结果与不同经验模型预测结果比较,表明当天然气浓度为7%~11%时,蒸气云爆炸(VCE)定量评价模型和炸药爆炸经验模型与实验结果最为接近,误差分别为-113%和189%,TNO多能法评价模型和API pub 581定量后果评价模型预测结果偏小。结论对有限空间天然气管道爆炸研究具有实际意义。     

蒸气云爆炸模型在原油储罐火灾事故中的应用研究

本文分析了原油储罐的火灾爆炸事故特点,介绍了蒸气云爆炸模型中热辐射伤害模型以及TNT模型和TNO模型。选取蒸气云爆炸TNT模型以及热辐射伤害模型对10×104m3原油储罐泄漏事故形成的蒸气云爆炸进行后果定量分析,对事故产生的热辐射和冲击波对人员造成的伤害程度进行了对比分析,得出目标到爆炸源距离较近时热辐射对人员造成的伤害较大,目标到爆炸源距离较远时冲击波对人员造成的伤害较大。     

井喷失控点火时间与方位探讨

利用计算流体力学方法(CFD)对井喷失控后天然气扩散过程进行研究,在有限元基础上建立模型,采用κ-ε紊流模型求解得出井喷失控后可燃性蒸气云随时间、风速变化的影响情况,求出稳态以后易爆区域的蒸气云形状。取5.0%和15%作为甲烷的爆炸上、下限,在不同区域进行点火求解爆燃结果,通过比较给出推荐的点火时间和点火方位。该研究成果可对井喷失控蒸气云爆燃危害性进行预测,有助于指导井喷失控进行点火放喷工作,避免爆燃事故的发生。     

扁平圆环局限空间蒸气云爆炸数值模拟及其在事故调查中的应用

传统方法不能深入描述扁平圆环局限空间蒸气云爆炸过程,笔者利用AutoReaGas软件对这一特殊形状和边界条件的蒸气云爆炸过程进行了数值模拟.其结果表明:对于单一点火源,扁平圆环局限空间蒸气云爆炸冲击波传播方向有2个,相向传播的2个冲击波最后会发生叠加效应而使冲击波超压增大;数值模拟结果和事故现场结果对照相吻合,能为事故调查确定最初起爆点位置等提供依据.     

LPG球罐BLEVE过程中超压与热耦合效应模拟研究

为评估LPG球罐发生BLEVE过程中超压与热耦合效应对化工企业抗爆控制室和避难所选址的影响,采用TNO多能法数学模型计算冲击波超压,采用多源数学模型计算火球热辐射。编写MATLAB计算程序,并应用ANSYS模拟二者破坏效应的耦合作用。LPG球罐发生BLEVE过程中,爆炸冲击波的传播速度、持续时间和火球的传播速度、持续时间不同,爆炸冲击波主要在燃料高速抛散的初期形成,之后基本与火球脱离。分别模拟计算冲击波超压和火球热辐射对抗爆控制室和避难所的影响,结果表明：抗爆控制室选址只需考虑爆炸冲击波的影响;避难所选址需要考虑冲击波超压和火球热辐射作用双重影响。在研究基础上提出,LPG球罐附近人员逃生的避难所应设置在球罐防火堤外紧邻防火堤处的地下,应具有抗震、防渗、防火、防中毒窒息等功能。人员应在BLEVE发生前进入避难所才能逃生。     

化工装置连锁爆炸实例研究

化工装置发生爆炸时往往是两三种类型的爆炸连锁式地相继发生，这使预防控制和评估爆炸事故更加困难，如何将单类爆炸研究成果合理应用于实际成为关键。本文对尿素合成塔连锁爆炸的实例进行了剖析，揭示了其气相爆炸到蒸气爆炸再到蒸气云火球的连锁爆炸机理，并运用相关计算模型对爆炸过程进行了计算，得到了爆炸波最大迭加位置、气相最大爆压、蒸发体积、闪蒸总功、简体抛射功、TNT当量、以冲击波计的安全距离、火球最大直径、持续时间、辐射通量的计算值。     

障碍物排列方式对海洋平台蒸气云爆炸的影响

为了了解障碍物排列方式对海洋平台蒸气云爆炸的影响,基于CFD方法建立蒸气云爆炸计算模型,选用国外MERGE项目的系列爆炸实验进行模型验证,提出用于衡量障碍物排列不均匀度的量化参数,针对海洋平台典型结构形式,分析障碍物排列方式对爆炸强度的影响。研究结果表明:蒸气云爆炸后果对于结构排列方式比较敏感,结构障碍物间隔均匀排列的形式造成的爆炸冲击作用最大;在爆炸发展初期阶段,障碍物阻塞程度对超压产生和发展影响更加显著。最后,基于研究结果,给出在海洋平台油气泄漏危险区将管线沿甲板非均匀排列布置等防控建议,为海洋平台蒸气云爆炸安全防控提供理论指导。     

LNG储罐泄漏扩散模拟分析

为预防液化天然气(LNG)储罐泄漏安全事故，利用PHAST软件，以湘潭新奥荷塘储配站的储罐为研究对象，探究不同泄漏孔径及风速2个条件对LNG蒸气云泄漏扩散距离及泄漏导致的喷射火与爆炸范围的影响机制。结果表明：蒸气云泄漏扩散距离、喷射火辐射影响半径及爆炸超压影响半径与泄漏孔径尺寸成正比，蒸气云泄漏扩散距离、爆炸超压影响半径与风速成反比。泄漏孔径为25 mm的泄漏场景，易燃易爆区临界距离、喷射火辐射死亡区半径、爆炸超压50 kPa对应超压半径分别是5 mm场景的10、7、8倍；泄漏孔径为100 mm的泄漏场景，易燃易爆临界距离、喷射火辐射死亡区半径、爆炸超压50 kPa对应超压半径分别是5 mm场景的37、21、33倍。     

基于风险的液化烃罐区建筑物抗爆荷载评估方法

为合理确定液化烃罐区周边建筑物的抗爆设防荷载，有效进行抗爆设计和防护，建立1套系统的抗爆设防荷载定量评估方法。以某液化烃罐区建筑物为例，计算172个爆炸场景，获得4组累积爆炸频率曲线，基于风险控制标准确定抗爆设防荷载。结果表明:爆炸场景发生频率应包括初始泄漏频率、气象概率、泄漏方向概率和延迟爆炸概率；获得的爆炸超压-累积频率曲线是确定抗爆设防荷载的基础，在爆炸超压较低时，与爆炸源中心距离不同的4面墙体的超压累积频率曲线极为接近；随着爆炸超压的继续增大，累积发生频率的差异逐渐明显；液化烃罐区建筑物的抗爆设防荷载应同时满足2个准则，即万年1次的风险可接受准则和风险可接受范围内爆炸超压最大化准则；根据该准则确定的液化烃罐区附近建筑物东墙的爆炸冲击波峰值入射超压为44.6 kPa，正压作用时间为89.3 ms。     

蒸气云爆炸后果预测模型的比较研究

介绍了3种蒸气云爆炸后果预测模型,分别是TNT当量模型、多能法、Baker-Strehlow模型。阐述了这些模型的基本原理,将3种模型进行了对比研究,并将3种模型的无量纲距离和超压关系绘制在了同一图中。对某一蒸气云的爆炸后果进行了预测,并对结果进行了分析,指出了不同模型的优缺点。     

不规则可燃气云爆炸威力预测方法研究

采用计算流体动力学（CFD ）方法,以实际球罐区甲烷泄漏扩散形成的不规则可燃气云为研究工况,探讨了不规则气云爆炸威力的模拟方法,并对比了实际形状可燃气云、最大直径球可燃气云、重心高度球可燃气云、等体积球可燃气云以及采用 TNT 当量法计算得到的气云爆炸超压值。结果表明,TNT 当量法计算结果过于保守。等体积球、重心高度球、最大直径球与实际形状气云爆炸超压偏差分别为-13．9％、-17．2％、52．3％。采用等体积球法估算不规则可燃气云爆炸威力较为便捷,且精度较高。     

天然气输送管道泄漏事故危害定量分析

针对某天然气工程中高压输送管道可能发生的天然气泄漏的爆炸危险性进行分析.利用质量流速模型计算出泄漏流量.根据泄漏流量和天然气的燃烧下限浓度,通过高斯扩散模式定量计算在大气为中性,风速为5 m/s,且位于市区的条件下,天然气在大气中的轴向、径向和切向的扩散距离,从而计算该天然气-空气混合云团的体积.对该体积预混云团的爆炸危害进行评估,计算形成蒸气云爆炸的参数,并应用Mat lab软件计算出该管道泄漏引起蒸气云爆炸事故的个人风险曲线,其结果可为新管线的规划、建设及现有管线的调整提供决策依据.     

化工装置连锁爆炸实例研究

化工装置发生爆炸时往往是两三种类型的爆炸连锁式地相继发生,这使预防控制和评估爆炸事故更加困难,如何将单类爆炸研究成果合理应用于实际成为关键.本文对尿素合成塔连锁爆炸的实例进行了剖析,揭示了其气相爆炸到蒸气爆炸再到蒸气云火球的连锁爆炸机理,并运用相关计算模型对爆炸过程进行了计算,得到了爆炸波最大迭加位置、气相最大爆压、蒸发体积、闪蒸总功、筒体抛射功、TNT当量、以冲击波计的安全距离、火球最大直径、持续时间、辐射通量的计算值.     

城市燃气管网泄漏蒸气云爆炸事故风险评估

为解决城市燃气管网泄漏蒸气云爆炸事故的风险定量评估问题,提出一种网格化的风险评估方法。首先,综合分析管道故障的影响因素和管道泄漏蒸气云爆炸的后果损失类型,并计算管道的失效概率和管道某一点泄漏导致蒸气云爆炸后在一个网格内的后果损失货币量化值,两者相乘得到该网格中心点的风险值。然后,利用叠加场的原理,将对网格中心点有影响的管段各点风险值耦合叠加,得出各网格中心点的总风险值,进而绘制出评估区域的风险等值线。最后,应用于实例,绘制出某地区燃气管网泄漏蒸气云爆炸的风险等值线,根据风险可接受准则,评价区域划分为特别、重点和一般防护区,并得到相应的防护区域范围。结果表明：网格化的风险评估方法能够准确评估城市燃气管网泄漏蒸气云爆炸事故风险,并使区域风险划分相比传统方法更加精细和形象,有助于提高社会安全防护物资利用率。     

氯气和光气爆燃事故源强估算

在建立化学品泄漏的气体排放、液体排放、两相排放模式和爆炸燃烧的火球和气爆，蒸气云爆炸及绝热扩散和池蒸发扩展等模式的基础上，估计分析了氯气和光气爆燃事故源强，即爆炸能量及碎片抛射、冲击波、热辐射和毒云等后果影响     

石化行业控制室承爆风险评估方法研究

针对传统的气体爆炸风险评估方法的不足之处,提出采用一种基于CFD技术的气体爆炸风险评估方法,对某煤气化厂区氢气爆炸对控制室造成的风险进行模拟计算与预测分析。并把研究结果与传统的TNT当量法、Multi-Energy方法预测结果进行比较。结果表明,该方法能考虑到密集管道与复杂装置布局、气云大小等因素对爆炸超压的影响,且能用于超压波的近场预测,以及确定空间不同位置处的爆炸超压,更适用于石化行业控制室的承爆风险评估。     

工厂三维建模及其事故模拟

利用Microstation软件对某化工厂区进行三维建模,在考虑实际外界风向、风速,不同点火源位置等重要影响因素的条件下,运用计算流体动力学(CFD)软件FLACS,研究了有毒、易燃易爆的氯乙烯液化气体储罐安全阀气体泄漏和储罐底部物料管线液态氯乙烯的泄漏、蒸发、扩散和爆炸作用等过程,计算结果可以给出氯乙烯火灾、爆炸或扩散中毒等事故后果的影响范围和相关精确物理量。模拟结果表明,对于常温下的氯乙烯液化气体球罐,球罐安全阀泄漏后罐区及周边不会有燃烧或爆炸危险;而物料管线在特定的液相泄漏情景下,蒸发扩散的氯乙烯气云则有可能发生气云爆炸;但在弱约束条件下,爆炸冲击波作用比较微弱。该研究方法及其结果可以为石油化工企业选址、设计布局、安全规划、风险分析、应急救援及事故调查等提供更加准确的依据。