含氧氢气钢瓶释放过程危险性分析及处置

针对一起空气误充入氢气钢瓶而导致使用时发生多起爆炸的事故,详细分析了氢氧混合气钢瓶在释放过程中的主要危险性,对释放过程中最可能存在的点火源即静电的产生机理及静电的放电条件进行了详细的论述,应用TNT当量法对可能发生的氢气钢瓶爆炸事故的破坏强度进行了估算。针对爆炸事故的高危险性,制定了以电机作为开阀动力的远距离放空方案,并提出了接地、洒水增湿等预防静电产生的有效措施,综合考虑冲击波超压伤害和人员操作的方便,确定了合理的安全操作距离,为防止爆炸产生的碎片对周围人员、建筑的伤害,在释放场所周围及人员操作场所设置了沙包墙作为防爆掩体。     

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。     

瓦斯爆炸极弱冲击波反射压力计算方法研究

为确定瓦斯爆炸极弱冲击波在固壁反射后峰值压力的变化特征,用爆炸力学理论分析和实验测试方法研究了反射压力与环流压力在冲击波马赫数不远大于1时的变化规律。理论推导给出了反射压力的一般计算方法;借助实验测定了爆炸冲击波在巷道一般空气区传播时不同位置固壁反射压力与环流压力的换算关系,即反射压力大约为环流压力的2倍。爆炸实验结果表明,冲击波固壁反射后,反射超压瞬间急剧增加,极弱冲击波正向作用于相对垂直固定的物体上时,产生的伤害和破坏效应远远大于水平方向上的物体;理论计算值与实验值基本吻合,验证了反射超压是加重井下设备破坏和人员严重伤害的重要因素说法。     

汽车爆炸的超压分布规律实验研究

测试了不同药量和不同车型的爆炸超压值,对汽车爆炸的超压分布规律进行了实验研究.结果表明,小汽车内发生炸药爆炸时,车门侧压力明显大于车尾部方向的压力,车外的冲击波超压值要大于空气中炸药爆炸的结果,前者约为后者的1.0～2.2倍.即车体对冲击波约束作用要小于车内底盘的反射作用.计算得到了实验中冲击波超压对人员的杀伤半径和最小安全距离,对汽车爆炸案件具有一定指导作用.冲击波的反射不可忽视,货车下地面炸药爆炸表现出明显的冲击波反射作用,测得超压值大于空气中爆炸的超压值.     

基于MATLAB的奥克托今爆炸影响范围和控制措施研究

为了准确预测奥克托今爆炸产生的冲击波伤害效应,对奥克托今炸药进行爆炸能量计算转化,根据由实践总结出的经验公式可以计算出不同药量和距离的超压。再利用MATLAB进行了数值计算得出冲击波超压与距离的关系、爆炸伤害区域划分标准,计算得到人员死亡、重伤、中伤、轻伤范围。同时根据爆炸影响提出了建立防护屏障等控制措施。     

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。     

不同曲率弯曲巷道弯角近区爆炸冲击波传播特性研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道弯角近区的传播规律,采用有限元方法建立爆炸模型,分析爆炸冲击波传播特性及其变化过程。研究结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,巷道内爆炸冲击波是巷道壁面反射叠加增强作用与传播距离衰减效应综合作用的结果,在爆源近区反射叠加作用占主导地位,使峰值压力出现极值;随着传播距离的增加,冲击波衰减占主导地位,峰值超压随距离呈现为线性衰减。     

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。     

埋深对城市地下管道爆炸的影响规律

在特定情况下,城市地下空间废弃管道中会因为油气的泄露等因素形成爆炸环境,利用AUTODYN建立合适的数值模拟模型,围绕管道内部爆炸后对覆盖层的毁伤效应和对地表面空气超压影响展开研究,给埋地管道内部爆炸模拟提供了新的思路。运用建立的模型对不同埋深管道上方覆盖层在爆炸荷载作用下的破坏过程、毁伤规律以及空气中爆炸冲击波的衰减规律进行研究,为建立全面的城市地下管道风险评估指标体系和确定安全防护规范提供了参考。研究结果表明:对于不同埋深管道爆炸,管道上层覆土层的厚度对爆炸后管壁产生的压力影响不大;随着埋深的增加,在空气中形成的伤害破坏范围变小,空气超压衰减符合空气中爆炸后冲击波的衰减规律,埋深每增加0.1m,其空气超压减小4.5%~5.1%左右。     

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.     

基于试验的工业雷管传输皮带殉爆距离的安全评价

由于目前对于殉爆问题没有从理论上精确地定量描述这种复杂现象的模型,因此针对工业雷管生产线中传输皮带上雷管殉爆的问题,采用升降试验的方法分别确定了100发DDNP起爆药纸壳雷管、100发DDNP起爆药铝壳雷管、100发无起爆药纸壳雷管和100发无起爆药矿用纸壳雷管殉爆安全距离,对试验方法选择的合理性进行了分析评价,对试验条件下得出的结果用于指导工业雷管生产线中传输皮带上雷管摆放的合理性进行了分析。结果表明,文章得出的雷管发生殉爆概率为0．01％时的距离值可以用于确定工业雷管生产线传输皮带上雷管之间的殉爆安全距离。对于工业雷管生产线中存在的殉爆安全问题,采用试验的方法进行评价是合理的,得出结论在工业雷管生产线实际生产过程中有推广应用价值,对提高工业雷管生产线安全性有指导意义。     

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。     

A methodology to predict shock overpressure decay in a tunnel produced by a premixed methane/air explosion

A methodology for estimating the blast wave overpressure decay in air produced by a gas explosion in a closed-ended tunnel is proposed based on numerical simulations. The influence of the tunnel wall roughness is taken into account in studying a methane/air mixture explosion and the subsequent propagation of the resulting shock wave in air. The pressure time-history is obtained at different axial locations in the tunnel outside the methane/air mixture. If the shock overpressure at two, or more locations, is known, the value at other locations can be determined according to a simple power law. The study demonstrates the accuracy of the proposed methodology to estimate the overpressure change with distance for shock waves in air produced by methane/air mixture explosions. The methodology is applied to experimental data in order to validate the approach.     

A numerical study of the evolution of the blast wave shape in rectangular tunnels

When the explosion of condensed materials occurs in square or circular cross-section tunnel, the subsequent blast wave reveals two patterns: three-dimensional close to the explosive charge and one-dimensional far from the explosion. Pressure decays for these two patterns have been thoroughly studied. However, when the explosion occurs in rectangular cross-section tunnel, which is the most regular geometry for underground networks, the blast wave exhibits a third, two-dimensional, patterns. In order to assess the range of these three patterns, several numerical simulation of blast waves were carried out varying the width and the height of the rectangular cross-section as well as the mass of the charge. Laws are presented to localize the transition zones between the 3D and the 2D patterns, and between the 2D and the 1D patterns, as functions of non-dimensional width and height. The numerical results of the overpressure are compared to existing 3D and 1D laws. An overpressure decay law is proposed to represent the 2D pattern. Knowing the two transition zones and the overpressure decays within these zones, an algorithm is presented to efficiently predict an overpressure map. This algorithm is validated by comparison with experimental data.     

基于PHAST软件的站场冷放空燃爆事故模拟分析

为提高天然气长输管道阀室冷放空作业的安全性,针对冷放空作业中的意外闪燃、爆燃事故现象,基于UDM模型并运用PHAST计算机软件,先模拟了泄放气体发生闪燃事故的影响域,分析冷放空气体闪燃范围随风速、大气稳定度、放空压力及放空速率4种影响因素而变化的趋势;后又讨论了放空速率对爆燃超压伤害范围的影响。结果表明:闪燃范围随风速、大气稳定度、放空压力及放空速率增加而递增,后两者对其影响较大,应重点关注并控制;在模拟工况下,最远轻伤距离达60 m,因此在实际工程中,控制放空速率对减轻意外燃爆事故的后果极为重要,应注重对放空作业参数的调整。     

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。     

A closer look at BLEVE overpressure

The overpressure produced by the boiling liquid expanding vapor explosion (BLEVE) is still not well understood. Various methods have been published on the overpressure modeling in the far field. They mostly differ by the modeling of the expansion energy, used to scale the distance to the source where the overpressure needs to be calculated. But these methods usually include a experimentally fitted reduction factor, and are mostly overestimating the overpressures. Today there is a growing interest in modeling the BLEVE overpressure in the near field, for studying the blast effect on critical infrastructure such as bridges and buildings. This requires a much better understanding of the BLEVE blast. This paper goes deeper in the understanding of the physical phenomenon leading to the BLEVE blast wave generation and propagation. First, mid-scale BLEVE experiments in addition to new experimental data for near field blast from a small scale supercritical BLEVE are analyzed. And second, an analysis method of the shocks observed in the experiments is presented based on fundamental gas dynamics, and allows the elaboration of a new modeling approach for BLEVE overpressure, based on the calculation of the initial overpressure and radius of the blast.     

城市危险源爆炸灾害应急损失评估研究

采用冲击波伤害-破坏超压准则,首先确定了不同当量TNT炸药爆炸引起的人员伤害区域和建筑物破坏区域;再通过确定危险物爆炸所产生热量值的大小,将各种危险物料转化为相应当量的TNT炸药,可用于评估各种不同危险物料爆炸所造成的损失。同时,结合GIS软件平台,编制了爆炸灾害评估模拟程序。在软件平台中以图形的形式给出了设定条件下人员伤害区域及建筑物破坏区域的范围,根据区域内的人员分布和建筑物造价、财产多少,给出了定量的人员伤亡和经济损失应急评估。     

油罐中油气爆炸规律研究

建立了油料储罐油气爆炸模拟实验系统,并在模拟实验的基础上,分析了不同因素对爆炸压力的影响及爆炸产物的分布规律.结果表明,油气浓度、罐内初始温度等对油罐油气混合物爆炸过程有重要影响,且存在临界油气浓度(2.5%)及临界初始温度(306 K),在临界值下,油气爆炸最为剧烈.当油气浓度小于临界浓度时,爆炸产物中CO2浓度高于CO浓度,而大于临界浓度时,爆炸产物中CO2浓度小于CO浓度.本研究可为油料储罐油气爆炸灾害事故的防治及安全规程的制定提供参考.