城市燃气管道泄漏爆炸事故三维风险数值模拟

城市燃气管道在发生泄漏导致火灾爆炸事故时,在空间某点形成的风险,不仅与泄漏量、泄漏时间有关,还与空间有无障碍物、泄漏环境等因素有关。基于物理场经典的场理论,定义城市燃气管道泄漏爆炸事故的风险场,推导出多个危险源在空间某点形成的风险强度公式。利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件模拟有无障碍物时爆炸事故形成的风险在空间传播规律。结果表明,障碍物对空气超压峰值的影响具有距离效应。在障碍物近区,空气冲击波经反射叠加作用造成超压峰值急剧升高;在障碍物远区,空气冲击波经障碍物反射后由于随距离衰减过快,对超压峰值影响微弱,甚至没有影响。同时对有障碍物存在时进行爆炸破坏效应模拟,得到爆炸破坏效应的5个分区,界定了爆炸破坏对人身伤害程度范围。首次提出了城市燃气管道泄漏爆炸事故风险场的概念,并运用风险场理论研究了空间某点多个危险源同时存在时的风险传播问题。     

城镇燃气管道泄漏爆炸的定量风险分析

介绍了城镇燃气管道泄漏爆炸冲击波超压的定量风险分析方法.简要介绍了城镇燃气管道,对城镇燃气管道泄漏的失效概率、泄漏源模型、爆炸冲击波超压模型、超压概率模型、个人风险和社会风险分别作了论述.     

天然气管道泄漏火球事故后果模拟评价

天然气管道发生泄漏时,大约90%的气体产生燃烧并形成火球,遇火源即发生危害性非常大的火球爆炸事故。本文针对城市天然气管道泄漏事故,综合考虑天然气泄漏后可能发生的火球燃烧和爆炸,利用爆炸冲击波和火球热辐射模型对天然气管道(完全破裂)在发生泄漏时发生火球爆炸进行计算,结果表明:2分钟内泄漏天然气云团超压爆炸的死亡半径和热辐射的火球半径分别高达39.44m和92.93m。因此,通过计算天然气泄漏火球事故爆炸和热辐射范围,对天然气火球爆炸事故预防与应急救援具有一定的意义。     

挡气板对综合管廊燃气舱爆炸冲击波传播规律影响研究

为研究挡气板对综合管廊燃气舱爆炸冲击波传播影响规律,采用Fluent模拟软件,研究三维燃气舱模型中不同挡气板间距下燃气爆炸后超压变化规律,探究不同间距挡气板对抑制燃气舱内爆炸冲击波传播效果.结果表明:挡气板对燃气舱中部超压影响较小,对顶部超压变化影响较大,导致燃气舱顶部挡气板处超压峰值激增;当气体填充区长20 m,挡气...     

综合管廊燃气舱结构形式对燃气爆炸超压的影响*

为研究地下综合管廊燃气舱结构形式对燃气爆炸超压的影响,采用数值模拟的方法,改变燃气舱高度,通风分区长度和局部开口大小,分析不同情况下的燃气爆炸超压变化规律。结果表明:冲击波传播速度随燃气舱高度的增加而减小,随着高度的增加,超压峰值曲线由“驼峰状”逐渐变为两端高中间低的“盆形”,爆炸过程产生的最大超压与高度成反比关系。超压峰值在340 m处接近0 kPa,延长通风分区并不会增加超压峰值,可以在考虑防火的要求下根据实际情况适当延长通风分区的长度。局部开口的存在使得爆炸气流能够自由泄压,超压峰值与开口的大小成反比关系。     

障碍物对居民户内燃气泄漏扩散特征影响研究

为研究障碍物与泄漏口间距对居民户内天然气泄漏浓度场分布的影响,进而为居民户内燃气事故的安全防控提供技术支撑,本文采用CFD软件对天然气泄漏在障碍物与泄漏点间距不同情况下形成的浓度场、可燃区域进行模拟计算,分析其对燃气扩散特征的影响。结果表明:当厨房内放置障碍物,且障碍物距泄漏口20cm时,爆炸危险区域面积出现速度明显提升,相同时间条件下,障碍物距泄漏口20cm时形成的爆炸危险区域面积最大,比无障碍物组高出26%;相同时间条件下,障碍物距泄漏口2cm与障碍物距泄漏口20cm、无障碍物2种情况相比,形成的爆炸危险区域面积更小。爆炸危险区域差值最大时,比障碍物距泄漏口20cm情况下降低95%,比无障碍物情况下降低90%。     

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。     

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。     

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。     

基于FLACS的LNG船舶泄漏爆炸过程数值模拟研究*

为研究大尺寸、全场景下LNG船舶卸货作业过程中的泄漏爆炸风险,构建某LNG接收站及其周边20.5 km2的区域场景模型,采用FLACS软件数值模拟LNG泄漏扩散、气云爆炸的演化过程。结果表明:LNG从卸料臂处以满输速率持续泄漏5 min,最大液池面积17 047 m2,最大汽化速率350 kg/m3,遇点火源发生气云爆炸,爆炸持续时间12 s,产生最高爆炸火球340 m和最大爆炸超压0.25 MPa,形成半径380 m轻伤区、150 m重伤区和60 m死亡区。     

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。     

空腔及其耦合水袋抑制瓦斯爆炸实验研究

为探索一种新型瓦斯抑爆技术,设计宽径比分别为1.5,2.5,4的矩形空腔体,并基于自行搭建的长36 m,管径为200 mm的大型瓦斯爆炸实验系统,通过在管网中铺设不同宽径比空腔体结构开展抑爆实验。此外依托支护简单的宽径比为2.5的空腔体,在腔体内填充不同质量水袋开展实验,以期进一步提高空腔体抑爆性能。结果表明:对于长径比为2.5、高径比为1的空腔体在实验宽径比范围内均能在一定程度上抑制瓦斯爆炸强度;随着腔体宽径比的增加,截面面积变化率增大,火焰及冲击波超压峰值衰减幅度越大,抑爆效果越佳;空腔耦合抑爆剂水能提高腔体的抑爆效果,在实验范围内较纯空腔可使火焰抑制率最大提高70%,超压峰值抑制率最大提高263%。     

泄爆面特征参数对天然气爆炸超压峰值的影响规律

为揭示泄爆面特征参数对大尺度受限空间内天然气爆炸超压峰值结构的影响机制，基于典型房间特征，借助计算流体动力学技术研究不同泄爆面开启压力、开启时间以及泄压比等参数条件下室内天然气泄爆超压峰值结构的分布规律。研究结果表明:峰值Pb随开启压力和开启时间增加均呈线性增长趋势，而泄压比对Pb影响较小；峰值Pmfa与室内最大火焰面积有关，随开启压力、开启时间的增加和泄压比的减小，气体出流速度增大，进而产生更强的湍流，导致室内火焰面积和气体燃烧率增加，最终Pmfa增大；峰值Pext随泄压比增加呈快速降低趋势，同时开启压力和开启时间对Pext影响具有协同效应，共同促进Pext快速增加。     

埋地输氢管道泄漏爆炸事故后果模拟分析

为了输氢管道的安全建设与运营,基于计算流体力学FLACS软件,模拟了埋地输氢管道在半受限空间内的泄漏爆炸事故后果,探讨了泄漏孔径、泄漏时长、输氢压力和环境风速对爆炸事故后果的影响规律,并得出相应的危险区域。结果表明:泄漏孔径、输氢压力和最大爆炸超压均与危险区域呈正相关关系,泄漏时长对事故后果几乎无影响;随着输氢压力的增大,危险区域受建筑物和风速的影响更为明显,在建筑物附近形成了狭长的危险区域带;最大爆炸超压和危险区域随环境风速的增大均呈现出先增大后减小的趋势。     

不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下爆炸传播规律研究

为了探究不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律,利用自行搭建的直管瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸实验系统,从冲击波压力和火焰传播速度2个方面,研究了不同含水率沉积煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律和原因。研究结果表明:当煤尘含水率小于40%时,管道内沉积煤尘会在瓦斯爆炸诱导下产生二次爆炸,同时沉积煤尘总量一定时,沉积煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值和火焰传播速度随着煤尘含水率的增加先增大后减小;当沉积煤尘含水率为20% 时,煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值、火焰传播速度峰值达到最大值,分别为1.657 MPa和468.060 m/s;当沉积煤尘含水率大于40%时,沉积煤尘无法产生二次爆炸,此时爆炸产生的威力小于单一瓦斯爆炸,火焰传播速度衰减较无煤尘的瓦斯爆炸更快,沉积煤尘起到抑制瓦斯爆炸传播的作用。研究结果可以为防治煤尘二次爆炸提供理论依据。     

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。