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.     

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.     

铸造工艺中蒸汽爆炸事故形成机制分析

为了揭示金属铸造工艺中蒸汽爆炸事故形成原因,建立了大质量熔融铝液遇水自触发爆炸反应模拟装置,研究了铝液-水爆炸体系的温度变化特征和冲击波传播规律,并对产物进行回收分析。结果表明:爆炸反应的触发与铝-水的相对质量比、水温等因素相关;爆炸越剧烈,产物粒径越小;爆炸场的最高温度为520 K,且冲击波超压衰减较快;现有条件下铝液碎化放热形成过热亚稳态水,短时间内快速汽化是爆炸事故发生的主要原因。     

尿素合成塔内化学爆炸机理分析

分析了尿素合成塔发生化学爆炸的可能性.利用经验公式计算出塔内上部空间气相在正常生产和非正常生产状态下的爆炸极限范围,并计算出非正常生产状态下气相化学爆炸产生的压力和能量范围.计算结果与现场数据吻合.爆炸所产生的压力作用于液面上,根据静压传递原理,尿液内各点与外压相等,超过尿塔正常工作压力,并导致破裂.     

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。     

爆炸空气冲击波在巷道转弯处的传播特性

为了探索爆炸空气冲击波在巷道内的传播规律,进行了数值计算和理论分析,讨论了爆炸冲击波通过45°弯曲巷道后的压力变化过程.研究结果表明: 爆炸空气冲击波通过45°弯曲巷道后的压力分布复杂,空气冲击波逐渐恢复为平面波需经过4倍等效巷道直径的距离传播.在该4倍等效距离内,冲击波反射叠加,在巷道外侧壁面Mach反射点取得超压最大值,恢复平面波以后超压随距离呈单调衰减.     

尿素合成塔的化学爆炸分析

通过短停开车、出料管发生爆炸和紧急停车、气相空间发生爆炸的分析，2台Ф1．4m尿素合成塔爆炸的共同原因均为始于化学爆炸破坏。     

HAZOP技术在氨合成塔危险辨识中的应用

介绍了HAZOP技术的特点及分析步骤。运用HAZOP方法,对氨合成塔进行危险性辨识。分析了氨合成塔中有意义的偏差、偏差发生的原因、可能导致的后果,并提出相应的对策措施。氨合成塔的HAZOP分析表明,反应温度偏高、反应压力偏高、合成气泄漏是重要的偏差,对氨合成塔的安全运行具有很大的威胁,易引起爆炸事故,应予以特别重视,尤其是控制温度条件是确保氨合成塔安全生产的最重要因素。研究结论是对氨合成塔常见的和可能发生的安全事故的一个系统总结,详细的偏差原因分析、安全对策措施建议,为工程技术人员实现对氨合成塔的安全控制、预防和减少、避免类似事故,提供了具体参考和重要依据。     

爆炸载荷作用下矿井密闭墙损伤评估

为探究煤矿井下常见的典型砖墙密闭墙抗爆性能,采用ANSYS软件建立数值模型,研究爆炸冲击作用下密闭墙的损伤情况。首先,分析瓦斯爆炸的特点和其导致的冲击波压力在巷道内传播特性,预测冲击波的压力强度幅值;然后,建立密闭墙数值模型,设计并完成多种冲量及压力加载方式组合条件下对墙体的冲击模拟数值试验;最后,通过自定义的损伤变量及试验结果,绘制密闭墙的P-I曲线损伤图。结果表明:不同冲击组合方式下密闭墙受到的损伤状态差别较大,因现实中可能发生的瓦斯爆炸特征较为复杂,可以利用给出的密闭墙损伤临界线方程及P-I曲线损伤图,快速评估在其他爆炸冲击条件下墙体损伤状态。     

水下爆破振动及冲击波传播规律数值模拟分析

为了分析研究介质水深度的变化对水下爆破振动波和爆炸冲击波传播衰减规律的影响，采用LS-DYNA软件对不同水深条件下的水下爆破炸礁过程进行了数值模拟分析，通过在数值分析模型中的不同节点位置设置的监测点，得出了在不同水深条件下的爆破振动及冲击波检测数据，结合非线性回归分析方法，得出了可以表征水下爆破振动速度及冲击波强度传播衰减规律的数学模型。经现场测试数据验证，爆破振动速度预测模型的精度为91.75%，冲击波强度的预测精度为87.94%，为水下爆破有害效应的控制提供了依据。     

瓦斯爆炸在角联通风管网中的传播特性研究*

为研究真实通风工况下瓦斯爆炸冲击波在复杂管网内的超压演化规律及高温传播规律,采用数值模拟方法,研究角联通风管网模型中各个监测点在不同通风条件下对瓦斯爆炸冲击波超压及高温的影响规律,研究结果表明:瓦斯爆炸冲击波在角联管网传播过程中产生3个局部高压区域,高温气体主要在左、右通路内传播,斜角联分支内只受到微弱影响;管网入口风流的存在,使得爆炸初期冲击波超压经相同距离传播用时更短,峰值更大,破坏力更强;风流的存在使得管网内高温气体传播状态发生改变,斜角联分支与左通路尾部热量发生积聚,温度峰值更大。     

基于超压值地铁上覆管道爆炸对隧道及人员安全影响研究*

为分析地铁上覆管道爆炸对乘客安全影响,采用基于超压冲击波阀值数值模拟,通过将泄漏气体能量等效为TNT当量,分析不同泄漏模式爆炸冲击波对地铁隧道及人员安全影响。结果表明:爆炸产生的超压冲击波对隧道及人员影响小于限值,不会造成人员伤亡,研究结果可为地下工程下穿油气管线安全影响分析提供理论支撑。     

基于激波理论的新兴煤矿煤与瓦斯突出事故研究

通过分析新兴煤矿煤与瓦斯突出事故,发现在事故中由于煤与瓦斯突出事故诱发了激波的生成,瞬间产生的巨大超压,引起风流逆向,大量瓦斯随逆向风流从突出地点扩散传播至二水平,接触卸载巷电机车架空线所产生的电火花,从而引发瓦斯爆炸事故。提出了突出激波对事故的影响并分析了突出激波的形成及其破坏作用,研究了影响突出激波破坏作用的影响因素,得出参与突出的瓦斯量和瓦斯压力是影响激波强度的关键因素。有助于了解突出后的气流动力演化规律,并为煤与瓦斯突出事故的防灾、救灾措施的制定以及提高矿井的抗灾能力提供了参考。     

高压储氢系统泄漏爆炸事故的动力学演化

为研究燃料氢气泄漏、爆炸的特性和规律,预防高压储氢系统中氢气泄漏爆炸事故发生,以加氢站为背景,数值仿真45 MPa高压储罐氢气泄漏并引发爆炸事故,分析泄漏爆炸动力学性质以及爆炸波在非均匀氢气浓度中的传播机制。同时,基于泄漏爆炸事故演化的力学机理,开展氢气泄漏爆炸动态风险分析,针对氢气不同泄漏量,建立泄漏扩散形成的气云体积、气云爆炸产生的冲击波与空间x,z方向上危害距离之间关系。研究结果表明：氢气泄漏过程中,气云氢气浓度变化与流场雷诺数具有较好一致性;氢气扩散受到高压储氢罐周围装置影响,流场中氢气浓度分布不均匀;当发生燃烧爆炸事故时,冲击波参数和湍动能变化梯度大;得到复杂布局区域冲击波超压峰值与比例距离之间关系式,其相比于理论方法更精细、计算结果更准确。研究结果可为降低高压储氢系统泄漏爆炸事故后果、采取有效防护措施提供一定依据。     

大尺寸通风管网中障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播特性影响的数值模拟

为了研究大尺寸通风管网中的瓦斯爆炸传播规律,采用数值模拟方法,针对具有不同障碍物数量的大尺寸通风管网模型,利用Fluent分析管网中各个监测点的超压变化曲线以及障碍物附近的速度矢量图,分析爆炸冲击波传播规律。研究结果表明:初期瓦斯爆炸后,障碍物的存在改变了通风管网内未燃瓦斯的积聚区域;高温和高压发生耦合作用,在氧气相对充足的进气管道中形成二次爆炸;障碍物与火焰波以及管网自身结构变化等多种因素形成复合作用,改变了通风管网内瓦斯爆炸冲击波的传播路径和叠加区域的位置;无障碍物时高压区域出现在进气管道中,有障碍物时高压区域出现在中部直管与斜管的交汇处附近,且数值相对较大。     

高海拔矿井掘进巷道瓦斯爆炸火焰传播规律数值模拟*

为研究高海拔矿井瓦斯爆炸火焰传播规律，运用数值模拟方法，建立矿井掘进巷道瓦斯气体爆炸数学及物理模型，并对海拔高度为0，1 000，2 000，3 000，4 000 m时的爆炸火焰传播速度、温度和冲击波压力进行研究。结果表明:瓦斯浓度和聚集体积量一定的掘进巷道发生瓦斯爆炸时，随着海拔高度的升高，火焰传播速度增大，且海拔每升高1 000 m，瓦斯气体聚集区和非聚集区的平均火焰传播速度分别增大4.7%和1.9%，掘进巷道内同一位置受到的瓦斯爆炸火焰最高冲击波压力随着海拔高度增加而显著降低，且呈二次函数关系，达到最大冲击波压力和最高火焰温度的时间缩短，最高爆炸火焰温度受海拔高度的影响较小。     

Numerical investigation and analysis of indoor gas explosion: A case study of “6·13” major gas explosion accident in Hubei Province,China

Taking the ' 6·13 ′ major gas explosion accident in Shiyan, Hubei Province, China as an example, three problems were studied in this work: (1)The determination of the volume of natural gas involved in the explosion; (2)The propagation process of shock wave inside the building and the damage evolution process of the accident-related building; (3)The overpressure and fragment injury to the person outside the building. Through the numerical simulation in ANSYS/LS-DYNA software, the volume of natural gas involved in the explosion is determined to be 10240 × 1400 × 400 cm (length × width × height) from three perspectives: the damage to the building, the distribution of overpressure inside the building, and the TNT equivalent of the explosion energy. The simulation results are in good line with the accident, which verifies the effectiveness of the scheme and the accuracy of the numerical model. Based on the reasonable filling scheme, the propagation process of shock waves inside the building, the damage evolution process of the building, and the injury ranges of overpressure and fragments outside the building are analyzed. It can be found that the propagation of shock waves in confined space is complex and variable. The explosion shock waves are first reflected and superimposed in the watercourse, resulting in pressure rise. At about 8ms, the shock waves rushed into the first-floor space of the building, and the maximum overpressure was about 0.56 MPa. At about 50 ms, the shock waves rushed into the second-floor space, and the maximum overpressure was about 0.139 MPa. The first and second-floor slabs and infilled walls were almost completely destroyed. The interior walls of the infilled walls are mainly collapsed, and the exterior walls are ejection around the building as the center. The peak displacement and peak velocity of the interior walls of each floor are about 15% of the exterior walls. The fragments which cause fragment injury mainly come from the retaining wall above the watercourse, the maximum velocity is about 89 m/s, and the maximum displacement is 8.9 m. The safety distance of fragment injury is about 8.8 m, while the safety distance of overpressure injury is about 4.6 m. The lethal distance of fragment injury is greater than that of overpressure injury. Compared with the distance between different damage levels of overpressure injury, the difference in fragment injury is small. Therefore, the safety assessment at the engineering level only needs to consider the safety distance of fragment injury. This study can provide suggestions for evaluating the damage of natural gas cloud explosions in confined spaces and is helpful for accident investigation and safety protection.     

Coupling effects of foam ceramics on the flame and shock wave of gas explosion

The coupling of gas explosion flame and shock wave is analyzed. In the gas explosion process, shock wave is affected by the flame directly, and shock wave also induces the flame. Inhibiting explosion can be achieved by the interference between the flame and shock wave propagation. If the coupling effects can be damaged, the adverse effects caused by the explosion should be mitigated and controlled. According to the structure characteristics of foam ceramics, the coupling effects mechanism of ceramic foam on gas explosion flame and shock wave is researched. When the explosion goes through the structure of foam ceramics, the flame can be quenched and the shock wave be attenuated. After the flame is quenched, the supply of precursor shock wave energy is cut off. Due to lack of energy supply, the destructive effects of blast wave will be reduced effectively. Coupling effects of the flame and shock wave can be damaged by the special structure of foam ceramics. Studies suggest that a certain function to represent the structure characteristics of foam ceramics must exist. For a certain material of foam ceramics, the sure porosity δ and the pore diameter d also can be get, which is the key to research and develop foam ceramic suppression technology of gas explosion.     

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。     

缝洞型管道瓦斯爆炸特性数值模拟研究

为探究采空区遗煤、松散破碎岩块对瓦斯爆炸的影响，建立缝洞型管道模型，采用数值模拟与理论分析结合方法研究采空区内缝洞型管道内瓦斯爆炸的传播规律及管道长径比对瓦斯爆炸过程中速度与冲击波的影响。研究结果表明:在缝洞型结构内，随着火焰沿管道向前传播，各监测点速度逐渐变大、压力先增加后降低，而压力上升速率则表现出不规则的变化；缝洞结构加剧了火焰燃烧的剧烈程度，提高了管道内各监测点的温度峰值；在缝洞型管道内随长径比r增加，各监测点最大压力峰值以及速度大小依次降低。