大质量熔融铝液遇水爆炸效应评估

为揭示蒸汽爆炸灾害形成机制,建立了大质量熔融铝液遇水自触发爆炸反应模拟装置。根据反应特征和破坏程度,熔融铝液遇水爆炸反应可分为柔和爆炸、剧烈爆炸与猛烈爆炸等3种类型;基于爆炸相似准则,定量化描述了爆炸反应的冲击波破坏效应;热效应则来自冲击波绝热压缩和产物热交换耦合作用;从热力学角度来看,铝液与容器底面夹裹形成过热亚稳态水,可认为是爆炸反应的触发源。     

苯储罐区消防安全设计评价研究

依据苯储罐区危险特性及超压引起火灾爆炸模式的特点,通过实例,对苯储罐区的危险特性及事故后果进行了分析,得出在外界环境温度不同的条件下所对应的火灾爆炸模式;依据规范,对其消防安全设计现状进行了分析和评价。针对苯储罐区在不同温度条件下引发的火灾爆炸灾害模式,利用冲击波超压伤害准则、TNT当量法、蒸气云爆炸模型、池火灾事故后果模型和碎片抛射模型,定量分析评估了储罐内部空间爆炸性混合物超压爆炸和因爆炸引发的蒸气云爆炸、池火灾的事故后果及碎片抛射事故后果。结果表明:苯储罐区发生蒸气云爆炸产生的危害最大,死亡半径、重伤半径及轻伤半径分别为90.72 m、159.16 m、308.38 m;其次是池火灾,死亡半径、重伤半径及轻伤半径分别为74.25 m、103.12 m、132.16 m;当储罐碎片抛射概率为0.001时,3种充装水平事故罐对应的距离分别为60 m、30 m、40m;给出了设置大流量固定式消防冷却水系统、点火源最小能量控制、提高储罐减压泄爆的能力、增加防火堤内固定灭火设施和拦网等应进一步加强的消防安全措施。     

半封闭空间蒸汽爆炸的影响因素分析

为揭示工业中蒸汽爆炸的形成机制,设计半封闭条件下大质量熔融铝液遇水自触发爆炸模拟装置,应用高速摄像仪记录爆炸形成过程,分析铝液与水的相对质量、温度、容器材质及金属氧化物等因素对爆炸的影响。试验结果表明:半封闭条件下熔融铝液遇水爆炸反应存在较明显的爆炸临界条件和温度极限;润湿性较高的碳钢材质更容易触发爆炸反应;与非金属氧化物相比,水溶性高的金属氧化物对爆炸反应起明显的促进作用。     

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。     

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。     

受限空间爆炸碎片影响分析

受限空间油气泄漏爆炸会产生巨大的能量,爆炸碎片在抛射距离和抛射方位上具有很大随机性,引发的多米诺事故容易对设备和人员造成重大伤害。为了研究爆炸碎片的影响范围及对设备、人员伤害程度,以地下密闭涵道作为研究对象,考虑爆炸能量影响,采用ANSYS Autodyn模拟软件,重点对涵道覆盖物爆炸碎片进行模拟,定量分析了爆炸碎片的影响范围及在影响区域内对设备、人员造成的伤害程度。结果表明:运用Autodyn软件进行仿真,能够更加准确地得出爆炸碎片的抛射情况及影响范围; 在爆炸能量一定的情况下,碎片的大小是影响设备和人员受伤害程度的重要因素。     

氧气瓶爆炸事故性质认定及原因分析

在事故现场勘查的基础上,通过材料成分、力学性能、金相组织与断口、碎片附着物以及充装气体成分等检测和试验,结合爆炸能量的理论估算,对一起氧气瓶爆炸事故的性质和原因进行了系统分析。结果表明：瓶体存在的脱碳、微裂纹及局部腐蚀凹坑这些类裂纹缺陷在爆炸产生的巨大载荷下诱发了气瓶的开裂及扩展,其宏观断口表现为韧脆交替的快速断裂特征。依据碎片抛射距离估算的气瓶实际爆炸能量远大于其发生物理爆炸所产生的能量,气瓶爆炸属于化学爆炸。气瓶内存在的碳烃类油脂有机物以及瓶阀关闭时产生的摩擦热或静电火花是氧气瓶发生化学爆炸的直接原因。     

同沟敷设条件下埋地高压长输管道爆炸危害的试验研究

为了得到埋地长输管道物理爆炸对同沟管道及周围环境的影响,通过进行埋地全尺寸管道爆破试验,研究了在役长输管道断裂爆炸对同沟敷设管道造成的破坏程度,对周围人和建筑造成的伤害范围;并对爆炸能量进行了估算。结果表明,在12 MPa管道压力下,埋深1.5 m的管道于侧面完全断裂爆炸对距离为0.96 m的管道并未造成较大程度的破坏,管道爆破冲破土层后的物理爆炸冲击波引起的伤害范围比抛射物的伤害范围小得多;估算结果表明,管道物理爆炸产生的TNT当量约为20.6 kg,但产生冲击波的能量只占30%,危害范围较小。因此,同沟敷设管道0.96 m间距在试验条件下可以满足管道物理爆炸的安全要求;对周边环境危害需要重点关注抛射物的抛射范围、抛射规律,综合考虑确定安全范围。     

基于蒙特卡洛法的储罐爆炸碎片冲击失效模型研究

为定量研究相邻储罐间爆炸碎片冲击的多米诺效应,基于蒙特卡洛方法建立爆炸碎片冲击失效模型。该模型共包括爆炸能量与碎片初始速度、考虑风速及碎片初始位置的碎片三维抛射轨迹、空气阻力、碎片冲击穿透等4个分步模型。基于上述模型,研究储罐爆炸后碎片的初始状态、抛射轨迹以及对相邻储罐的冲击效应。在数值模拟结果的基础上,用储罐最高允许工作压力代替泄放装置的泄压压力来计算爆炸压力,绘制碎片质量及初始速度的直方图,定量分析储罐间距对击中概率的影响。结果表明,热辐射、超压和碎片冲击3种能量作用方式均可能导致储罐间火灾爆炸事故多米诺现象发生,但爆炸碎片冲击导致相邻罐失效的概率较低。     

点火位置对独头巷道中瓦斯爆炸超压的影响

运用AutoReaGas爆炸仿真模拟器研究了独头巷道中点火位置对瓦斯爆炸后果的影响。结果表明,在本计算条件下,爆炸静态超压随着距离的增加而减小,爆炸动压随着距离的增大而增大,点火位置对爆炸后果有重要影响,点火位置离封闭端越近,各个测点上所得到的超压越大。     

巷道中瓦斯爆炸诱导激波传播特性研究

利用AutoReaGas软件,数值模拟巷道中瓦斯浓度和火源对瓦斯爆炸传播的影响,其计算结果表明:爆炸静态超压随着传播距离的增加而减小,而爆炸动压随着传播距离的增加而增大;点火位置距离巷道封闭端越近,各测点得到的爆炸静态超压值越大;瓦斯浓度对爆炸峰值超压影响显著,当浓度为9.5%的氧化反应当量比浓度时,得到的最大峰值超压为70.95kPa,爆炸威力最大。     

化工储罐间距和体积对爆炸碎片多米诺效应概率的影响

化工储罐爆炸后将产生大量碎片,这些抛射碎片一旦击中相邻罐体容易引发多米诺效应。碎片的抛射方位和抛射距离具有很大的随机性,已有研究多采用概率模型来描述碎片抛射的各分过程。通过总结和发展已有的分过程模型,建立了求取多米诺效应的综合概率模型,并基于蒙特卡罗算法编制了模拟软件,可对化工储罐多米诺效应的发生概率进行预测计算。选取若干常用化工球罐为相邻目标储罐进行实例分析,计算结果表明储罐间距和体积是影响多米诺效应发生概率的两个重要影响因素：随着距离的增大,多米诺效应发生概率不断减小;目标储罐体积越大,多米诺效应发生概率将越大。其中,爆炸碎片对目标储罐的击中概率受上述因素的影响程度更大。该文工作对化工储罐区的安全评价具有一定的参考价值。     

高速公路丙烷罐车爆炸事故的后果分析

本文针对公路丙烷罐车爆炸事故的实例,对事故发生的原因进行了分析.分析结果认为,事故属于沸腾液体扩展蒸汽爆炸(BLEVE),事故对人员和财产危害包括3个方面:火球热辐射、爆炸冲击波超压和抛射碎片.本文介绍了这3种危害的数学模型和方法,并针对事故实例进行了分析和计算.结果表明,在事故发生现场100m范围内的热辐射可致人死亡或造成三度烧伤;冲击波超压在80m范围外会使玻璃破碎,但无人员伤亡;抛射碎片在334 m的范围内都可能对人体造成伤害.由此,可以得出火球热辐射是事故中最主要危害的结论.     

天然气储气罐破坏效应分析

针对城市天然气储气罐的不断兴建与发展趋势的大型化,对于已建和待建储罐区对周围环境的潜在安全性问题,指出运用破坏伤害范围评价法可直观地预测破坏效应。通过对储罐爆炸释放能量的估算,采用模拟比法结合TNT爆炸试验数据计算出距离储气罐不同距离处爆破冲击波超压值,运用超压准则模拟预测出不同规格、储压下储罐爆破破坏伤害严重程度及危及半径范围;采用世界银行推荐的危害关系式,结合伤害破坏等级分析天然气爆炸破坏效应并与爆破效应比较。5000m3储气罐、储压1.20MPa下,储罐爆破和天然气爆炸危及距离分别可达144.0m和247.7m。依据预测结果,可将罐区周围划分不同区域,为实际工程中罐区选址、建设、安全距离确定及安全预案制定提供参考。     

火灾爆炸事故多米诺效应耦合模型研究

为了评估火灾爆炸事故中相邻储罐由于多米诺效应而引发二次事故的风险,提出了基于热辐射、冲击波超压以及碎片冲击等三种物理效应共同作用下的事故多米诺效应耦合分析模型.模型采用概率组合方法计算事故影响区域内目标对象发生二次事故的最可能组合及概率.研究表明,火灾爆炸事故多米诺效应的产生受到多种因素影响,其中平面布局、防火间距是影响二次事故发生的主要因素.在计算设施失效概率的过程中,考虑了热辐射、爆炸冲击波以及碎片冲击三种物理效应的耦合作用效果,采用影响系数法对二次事故的可能单元组合加以研究.最后,以一储罐区蒸气云爆炸事故为例对可能发生的二次事故进行了模拟,得到了相邻储罐二次事故的单元组合及概率.     

熔融硝盐高温分解爆炸事故后果严重度评价

为评价热处理用硝盐槽熔融硝盐高温分解爆炸事故机理和后果严重度，结合某企业铝合金件硝盐固溶热处理工艺进行研究。 利用压缩气体容器爆炸能量计算模型、超压准则和TNT当量法估算热处理用硝盐槽内熔融硝盐高温分解爆炸事故后果，得出35 000 kg熔融硝盐在高温分解转化率为50%时爆炸的TNT当量为1 257.6 kg，爆炸会造成半径53.97 m范围内的人员轻伤，该结果和利用政府推荐的危险指数法得出的外部防护距离为50 m较为接近。 以上分析计算表明:超温爆炸过程中，熔融硝盐在硝盐槽中超温分解快速产生大量气体，在硝盐槽上盖及上部硝盐的阻挡下不能及时排出，致使硝盐槽内气体压力瞬间升高，形成类似于压力容器的空间，发生物理爆炸并引发高温硝盐喷溅。     

不同曲率弯曲巷道爆炸冲击波传播特性数值模拟研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道内的传播规律,采用数值模拟手段建立了不同曲率弯曲巷道爆炸模型,分析了爆炸冲击波在巷道内的传播特性及其变化规律, 并结合冲击波超压对人体的伤害程度分类,研究了不同曲率弯曲巷道内爆炸破坏效应分区。模拟结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,随着巷道弯曲角度的不断增大,壁面反射对冲击波超压峰值分布起主要作用,随着传播距离的增加,冲击波超压峰值衰减显著,体现了超压峰值变化的距离效应。此外,巷道弯曲角度的增加整体减小了爆炸损伤严重程度。研究结果可实现对不同曲率弯曲巷道内冲击波超压分布的预测,并为巷道内爆炸事故预防及应急救援提供借鉴。     

瓦斯爆炸后空间温度分布及热危害区域分析研究

为了获得瓦斯爆炸引发次生灾害的特性参数，建立了超压预测模型及爆炸后空气温度衰减模型，并结合实验数据进行了验证。结果表明:依据所建立的超压修正模型，不同浓度和体积下的超压在爆源附近呈对数形式快速下降，之后缓慢趋向平稳；基于模型修正的爆炸超压计算公式，能够很好的对各个情形的瓦斯爆炸超压进行计算，吻合较好。对初始瓦斯体积相对较小的情形吻合度很高，对于初始体积大的瓦斯爆炸超压在100 m附近会出现一定误差，但有一定指导意义。瓦斯爆炸热危害区域的研究，对瓦斯爆炸次生灾害的防治工作具有重要意义。     

有障碍物开敞空间可燃气云爆炸超压场的数值模拟

利用计算流体动力学软件AutoReaGas定量研究障碍物、障碍物阻塞比对开敞空间可燃气云爆炸超压场的影响以及爆燃超压随测点距离变化的分布规律。研究结果表明:当有障碍物存在时,爆炸峰值超压会显著增加,且峰值超压随着障碍物阻塞比的增加而增加。对于有障碍物条件下开敞空间的丙烷气云爆炸,无论是气云内部还是气云外部,随着距爆心距离的增加,峰值超压都有减小的趋势。     

瓦斯积聚量及爆炸距离对风机和防爆门的影响研究*

为揭示瓦斯积聚量及瓦斯爆炸距离对风机和防爆门的影响机制，利用Fluent模拟软件，结合宁煤集团羊场湾矿的实际情况，在构建三维数学物理模型的基础上，开展不同瓦斯积聚量（56.52，113.04，169.56，226.08 m3）和不同爆炸距离（20，30，50，70 m）条件下的模拟研究。研究结果表明:风机和防爆门处超压峰值随瓦斯积聚量增加而增加，均呈线性关系，瓦斯积聚量为56.52 m3时风机处超压峰值为0.260 MPa，小于风机破坏荷载0.306 MPa；考虑安全系数前提下，当瓦斯积聚量超过56.52 m3时防爆门应开启保护风机；在确定瓦斯积聚量为56.52 m3基础上，分析不同爆炸距离对风机和防爆门影响，由模拟结果可知，风机和防爆门处超压峰值随爆炸距离增加而降低，均呈幂函数关系。研究成果可为瓦斯爆炸对风机和防爆门的影响研究提供指导。