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。     

基于FLACS的海上钻探平台井喷爆炸事故后果模拟分析*

为研究海上钻探平台井喷燃爆事故后果,运用FLACS软件对某深海钻探平台井喷爆炸事故进行模拟,研究在不同事故场景下气云爆炸发展过程及平台荷载分布规律,讨论井喷速率、风向、点火位置等对爆炸超压的影响。研究结果表明:随泄漏速率增加,爆炸强度和爆炸范围均增大,爆炸严重程度不仅与井喷速率密切相关,同时也受平台结构影响;点火位置会对爆炸超压产生影响,在可燃气体与空气混合气体比例为化学理论当量比处点燃气体,生活区承受的爆炸超压最大;在设施及建构筑物分布较为密集、拥塞度较高的地方产生的爆炸超压更大。研究结果可为可为平台的阻隔防爆性能设计与应急响应提供指导。     

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。     

可燃气体爆炸破坏效应的试验研究

借助高速摄像机及ProAnalyst软件,研究可燃气体体积分数和障碍物对可燃气体爆炸破坏力的影响。测定不同体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸冲击波超压,和爆炸火焰波在有无乒乓球方向传播的平均速度。试验结果表明:超压和平均速度均随着甲烷体积分数的增加呈现先增大后减小的变化趋势,其最大值均出现在甲烷体积分数为10%～11%之间;同一体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸火焰波在有乒乓球方向传播的平均速度比没有乒乓球方向传播的平均速度大。根据试验结果,推导出可燃气体爆炸冲击波超压和爆炸火焰波传播平均速度与可燃气体体积分数之间的函数关系,并得出障碍物对爆炸火焰波传播的加速作用随着体积分数的增加呈现先加强后减弱的变化趋势。     

煤气化装置泄漏爆炸事故伤害作用区域研究

利用FARO-Phonton三维激光扫描设备结合Microstation软件对某煤气化装置进行精确建模,根据厂区的实际情况设定可能的爆炸事故场景,运用计算流体力学软件FLACS研究不同爆炸事故对周边环境的作用过程及伤害区域,并与传统蒸气云爆炸伤害作用区域计算方法进行了比较分析.对比研究结果显示,基于FLACS的技术方法能综合考虑复杂装置设备对爆炸后果的影响,预测爆炸后空间各个部位超压的变化趋势及规律,能够弥补传统经验公式法的不足,更加适用于煤气化装置爆炸事故状态下应急救援区域的划分与确定.     

PVDF球形多孔材料的抑爆性能研究

为分析聚偏氟乙烯(PVDF)球形多孔材料对管道内甲烷-空气预混气体的抑爆性能，自主搭建气体爆炸测试平台，试验研究球形多孔材料填充密度及填充方式等因素对甲烷-空气预混气体爆炸的影响机制。结果表明：与空爆相比，填充多孔材料后，管道内爆炸超压及最大爆炸超压上升速率均明显降低；对甲烷-空气的抑制效果与材料的填充密度呈正相关，当填充密度为0.077 g/cm³时，球形多孔材料对爆炸超压的抑制率达到54.7%,最大爆炸超压上升速率降低了58.3%;改变材料的填充方式显著影响管道内的气体爆炸超压，采用分散填充的方式增强了多孔材料对最大爆炸超压的抑制作用，在填充密度(为0.038 5 g/cm³时)不变的情况下，对管道末端气体最大爆炸超压的抑制率达到66%。说明改变材料填充密度和填充方式均会影响多孔材料对甲烷-空气预混气体爆炸的抑制效果。     

基于人工神经网络的气体泄爆最大超压预测研究

为解决传统经验公式在预测气体泄爆中最大超压出现时的较大偏差或过于保守的问题，提出使用人工神经网络预测气体泄爆最大超压。基于124组实验数据，采用BP与RBF神经网络，通过优化算法计算与迭代循环对泄爆样本中的影响因素进行降维与选择，并确定2类神经网络本身在学习与计算气体泄爆样本时的相关参数。结果表明:PCA（主成分分析法）在当前样本条件下的降维效果较差，而通过迭代对比确认气体泄爆样本中的5类特征全部保留时神经网络的训练模拟效果最好；通过对124组实验数据进行随机挑选训练集与测试集的训练模拟结果发现，神经网络对气体泄爆中最大超压的预测效果较好；通过对比Molkov提出的和经Fakandu等改进的NFPA 68经验公式以及2类神经网络的预测结果表明，神经网络相比于传统气体泄爆经验公式具有明显优势。     

开敞空间可燃气云爆炸冲击波超压及灾害动力响应研究评述

为了进一步梳理和分析开敞空间可燃云爆炸冲击波超压传播规律及灾害动力响应方面的各项研究成果,推进可燃气体爆炸安全防控,减少人员伤亡和经济损失。在分析现有研究的基础上,总结开敞空间可燃气云爆炸冲击波超压传播规律及灾害动力响应研究等方面存在的不足,提出开敞空间多元混合气体爆炸冲击波超压传播规律研究、多影响参数下可燃气云爆炸冲击波超压传播规律定量分析、基于可燃气云爆炸冲击波超压作用下的承载体动力响应等未来研究的关键技术问题。     

小环境密闭空间初始压力对预混合可燃性气体爆炸的影响

在工程应用中,初始压力的增高一般都能提高预混合可燃性气体爆炸的强度,缩小反应设备的体积.因此研究在小环境密闭空间下初始压力的变化对预混合可燃性气体爆炸的特性与规律是十分必要的.本文运用AutoReaGas爆炸仿真模拟器定量研究了小环境密闭空间的初始压力对预混合可燃性气体爆炸的影响.其结果表明,在相同小环境密闭空间尺寸下利用AutoReaGas爆炸仿真模拟器充入相同条件的预混合可燃性气体.其预混合气体密度、冲击波产生的超压都随着初始压力的增加而增大;并且爆炸超压与初始压力呈近似的线性关系;但各个观测点的温度和速度并不随着初始压力的增加而变化.研究所取得的成果可为今后的工程应用提供一定的理论数据指导.     

基于CFD的半封闭空间内LNG泄漏后果研究

为定量分析半封闭空间内液化天然气（LNG）泄漏后果,利用计算流体力学（CFD）软件FLUENT,对不同条件下的“冷箱”内LNG泄漏后扩散与爆炸过程进行了模拟。结果表明:无论通风与否,危险区域（甲烷体积分数为5%~15%）一直存在,但通风时该区域比无通风时小; LNG泄漏后会导致箱内温度降低,且泄漏量越大温度下降越低,但通风在一定程度上能减小温降; 当危险区域最大时,发生爆炸产生的超压最大,对于泄漏量小的情况,通风能减小爆炸压力; 障碍物的存在会增大爆炸压力,研究中的最大爆炸超压为158 kPa,可对设备与人员造成严重危害,故在设计“冷箱”时须提出相应的强度要求。研究方法与结果对于与“冷箱”类似的受限空间安全设计与风险评估有指导意义。     

非典型约束形式下海洋平台波纹板舱室抗爆能力评估

针对非典型约束条件即底部端面梁固定约束、其他各端面梁连接约束的海洋平台关键舱室,其波纹板舱壁在油气爆炸载荷下抗爆能力研究不足,采用数值模拟方法,结合考虑材料应变率效应的实验验证,分析爆炸载荷下舱壁动力响应及破坏模式。由传统位移指标不能准确评估该模型的抗爆能力,提出基于应变的评价指标,以此建立P-I评估曲线。研究表明舱壁与底部端面梁连接部位首先达到最大破裂应变发生破裂,其为超压与冲量共同作用结果;舱室可抵抗超压40 kPa、冲量230 kPa·ms的载荷而不发生塑性变形;舱室可抵抗超压85 kPa、冲量400 kPa·ms的载荷而不发生破裂。提出的以应变为指标的P-I曲线可量化舱壁损伤评估区间,结合爆炸载荷值,准确评估舱壁抗爆能力及损伤大小,为工程人员优化舱壁抗爆能力、确定灾后控制措施提供指导。     

基于扎根理论的瓦斯爆炸风险累积效应研究*

为研究瓦斯爆炸风险在事故发展中的累积过程，揭示瓦斯爆炸事故的风险累积机理，引入累积效应的研究思想。首先界定风险累积概念，分析风险累积过程；然后运用案例研究、专家调查等方法分析瓦斯爆炸风险累积的累积源、途径，并应用扎根理论方法提取风险类型并研究风险累积过程；在此基础上，运用系统动力学软件绘制瓦斯爆炸风险累积路径图，将风险的累积过程可视化。研究表明:瓦斯爆炸风险存在累积过程，主要通过加和累积和放大累积方式累积，累积时间越长，越易引发新风险，其中管理风险累积影响人、物、环的状态，而人、物、环风险累积过程直接影响瓦斯爆炸事故发生进程。研究结果为瓦斯爆炸事故原因分析提供1种新方法，对煤矿企业的事故预防和风险管控具有一定指导和参考意义。     

Application of CFD model in an LPG tank explosion accident

In this research, a 3D tank farm model of a petrochemical plant was built in order to analyze an LPG tank explosion accident. Furthermore, the Computational Fluid Dynamic (CFD) algorithm was also applied to reconstruct the scenario of the accident. With its 3D dynamic abilities, the CFD simulation results can be used to facilitate the understanding of the spatial and transient distribution of different hazardous physical variables, which cannot be observed from the traditional methods.After the maximum physical variables of overpressure, pressure-impulse, and thermal radiation temperature were calculated, the results were adopted to estimate the corresponding 3D individual risk value. With the aid of the CFD simulation and the analysis method of maximum physical variable, the researchers can use the simulation results to scrutinize the possible causes and consequences of a chemical accident.     

储罐爆炸碎片最可能抛射距离的Monte-Carlo(蒙特卡罗)数值模拟

在总结前人工作的基础上,推导了储罐爆炸碎片抛射距离的理论计算公式,并给出具体的计算方法;分析了计算参数的不确定性,同时介绍用Monte-Carlo方法模拟高压储罐爆炸时碎片抛射距离的算法;在数值模拟结果的基础上,计算了碎片抛射距离的分布函数和概率密度函数,引入最可能抛射距离的概念,并指出可以用此来确定碎片抛射的危害范围。该方法对于定量评价储罐爆炸碎片危害性,减缓和控制碎片产生的风险,具有重要的意义。     

煤矿瓦斯爆炸事故隐患及风险的表征方法

为治理煤矿瓦斯爆炸事故隐患,管控其风险大小,基于证据对瓦斯爆炸事故隐患进行了系统辨识,利用逻辑图分析了隐患之间的耦合关系和风险演化路径;从事件发生的可能性、事件自身的严重性以及受体的暴露程度3个方面对瓦斯爆炸风险进行表征,并提出三维风险矩阵对事故风险进行分级评价。该方法可以为瓦斯爆炸事故隐患辨识、风险分析、风险评价以及设计事故预防措施提供借鉴。     

Application of fuzzy logic to explosion risk assessment

Safety and health of workers potentially being at risk from explosive atmospheres are regulated by separate regulations (ANSI/AIHA in USA and ATEX in the European Union). The ANSI/AIHA does not require risk assessment whereas it is compulsory for ATEX. There is no standard method to do that assessment. For that purpose we have applied the explosion Layer of Protection Analysis (ExLOPA), which enables semi-quantitative risk assessment for process plants where explosive atmospheres occur. The ExLOPA is based on the original work of CCPS for LOPA taking into account an explosion accident scenario at workplace. That includes typical variables appropriate for workplace explosion like occurrence of the explosive atmosphere, the presence of effective ignition sources, activity of the explosion prevention and mitigation independent protection layers as well as the severity of consequences. All those variables are expressed in the form of qualitative linguistic categories and relations between them are presented using expert based engineering knowledge, expressed in the form of appropriate set of rules. In this way the category of explosion risk may be estimated by the semi-quantitative analysis. However, this simplified method is connected with essential uncertainties providing over or under estimation of the explosion risk and may not provide real output data.In order to overcome this problem and receive more detailed quantitative results, the fuzzy logic system was applied. In the first stage called fuzzification, all linguistic categories of the variables are mapped by fuzzy sets. In the second stage, the number of relation between all variables of analysis are determined by the enumerative combinatorics and the set of the 810 fuzzy rules “IF-THEN” is received. Each rule enables determination of the fuzzy risk level for a particular accident scenario. In the last stage, called defuzzification, the crisp value of final risk is obtained using a centroid method. The final result of the risk presents a contribution of each risk category represented by the fuzzy sets (A, TA, TNA and NA) and is therefore more precise and readable than the traditional approach producing one category of risk only. Fuzzy logic gives a possibility of better insights into hazards and safety phenomena for each explosion risk scenario. It is not possible to receive such conclusions from the traditional ExLOPA calculation results. However it requires the application of computer-aided analyses which may be partially in conflict with a simplicity of ExLOPA.The practical example provides a comparison between the traditional results obtained by ExLOPA and by fuzzy ExLOPA methods.     

碳二馏分加氢反应装置火灾爆炸危险性评价

运用美国道化学公司的火灾爆炸危险指数评价方法 (第七版 ) ,对碳二馏分加氢反应装置的火灾爆炸危险性进行了定量计算和评价 ,其结果表明 ,该装置的火灾爆炸危险等级为“非常大”。为了降低该装置的危险程度 ,笔者提出了采取有效的安全补偿措施 ,以降低单元的危险程度的新思路。通过分析表明 ,针对部分补偿系数对装置进行安全改进 ,能有效地降低其危险性等级 ,同时可以为避免重大危险源火灾爆炸事故 ,提供切实可行的手段和途径。     

基于ai智能图像的工控火电现场爆炸风险评估

对工控火电现场爆炸风险进行评估时，若采用人工识别现场图片信息的方法，容易导致现场图片特征信息采集不准确，存在评估耗时长、评估效率低和评估结果不准确的问题。针对该问题，提出1种基于ai智能图像的工控火电现场爆炸风险评估方法；通过自适应融合方法提取工控火电现场ai智能图像中的特征信息，根据特征信息对工控火电现场ai智能图像进行识别；结合层次分析法和问卷调查法，选取工控火电现场爆炸风险评估指标；在图像识别结果的基础上，通过风险等级集合、评估指标权重，建立工控火电现场爆炸风险评估模型，并与另外2种工控火电现场爆炸风险评估方法进行了对比。研究结果表明:所建方法能够缩短评估时间，且评估效率较高、评估结果准确率较高。