惰性气体抑制油气爆炸的机理分析及实验模拟

从经典燃烧学、化学反应动力学的基本理论出发,分析了惰性气体抑制油气爆炸的作用机理,通过试验模拟研究了惰性气体抑制油气爆炸的作用规律,为惰性气体防爆抑爆技术的工艺实施、系统设计和关键参数计算提供了依据.     

CFD-based assessment and visualization of the failure consequences of LPG tankers

This paper presents a simulation analysis of the explosions following an LPG leak and visualizes the consequences of the accident to reduce the consequences of the LPG leak explosion. Firstly, this paper proposes a CFD numerical simulation-based method for visualizing the consequences of LPG tanker failure. The method combines satellite maps and CFD numerical simulation data to visualize the consequences of LPG leaks and explosions, taking into account the influence of obstacles on the danger range of leaks and explosions; Secondly, this paper applies the method to a liquefied petroleum gas accident that occurred in the Wenling section of the Shenhai Expressway and performs CFD numerical simulation on the accident process and visualizes the consequences of the accident. Therefore, this method can provide a theoretical reference for the prior prevention of LPG accidents and the analysis of the consequences of accidents, as well as certain practical guidance instructive.     

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。     

泄爆容器中粉尘爆炸的试验研究与数值模拟

为了解泄爆容器中粉尘爆炸的发展过程,采用试验和数值模拟相结合的方法对玉米淀粉在圆柱形容器内的泄爆过程进行研究。数值模型采用欧拉–拉格朗日方法模拟粉尘爆炸的两相流问题,通过求解非稳态的湍流两相反应流守恒方程对试验进行二维仿真。试验和模拟结果表明,点火位置对爆炸发展过程有明显影响,点火位置离泄爆口越远,容器中的最大泄爆压力Pred,max越高。在粉尘爆炸的安全防护设计中,应把点火位置作为重要影响因素之一加以考虑。     

基于SAFETI软件的天然气储配厂罐区定量风险分析

为了评估城市燃气设施的风险、提高周边居民区的安全水平、保障城市燃气的正常安全生产,通过DNV公司的SAFETI软件对于某储配厂的天然气罐区进行了泄漏后果的模拟和定量风险分析,得出了罐区天然气泄漏产生的爆炸和火灾的事故后果,及该储配厂的个人风险和社会风险水平。提出了防止和减轻事故危害的措施,并为储配厂的风险防控和应急准备提供了科学依据。结果表明即使城市燃气设施建设运营符合国家的各项标准,在发生大孔泄漏时依然可能对周边环境造成影响。     

盐穴地下储气库事故统计及风险分析

借鉴输气管道和二氧化碳地下封存设施的风险评价方法,结合盐穴地下储气库的事故统计分析,对储气库系统中的潜在风险因素进行12大类、35小类的初步分类,并归纳总结了盐穴地下储气库的3种主要事故类型。采用事故树分析的风险评价方法,对13种主要风险因素进行风险识别。在此基础上,提出定量风险评价的重要工程模型,其包括气体水合物模型、盐穴稳定性评价模型以及气体泄漏模型。该风险分析方法和工程模型有助于定量评价盐穴地下储气库的主要风险因素,为储库的安全稳定运行提供了科学依据。     

城区天然气管道泄漏数值模拟与爆炸危害分析

在人口密度为三级和四级的城区内,密集的高建筑物对天然气管道泄漏后的扩散和流场形成产生重要影响。本文以某城市的实际情况为例,建立多建筑物的空间几何模型,采用k-ε湍流方程,SIMPLE算法,模拟了在三种不同风流速度、三种不同压力条件下,城区天然气管道泄漏气体在多建筑物地形中的扩散情况。根据模拟结果,依据天然气的爆炸极限,对模拟结果及其火灾爆炸危害的范围进行了对比分析。结果表明,CH4气体的泄漏扩散同时受管道压力、风流速度和周围建筑物的影响;同时受当地风速的影响,泄漏气柱在风流作用下会发生偏折,造成阻挡风流的建筑物内侧危险气体浓度升高,大大增加建筑物周围环境的危险性。研究结果对城区天然气管道的建设具有一定的指导意义。     

基于事故树分析法的气膜式储煤棚消防安全风险分析

为了降低气膜式储煤棚的消防安全风险,运用事故树分析方法对导致气膜式储煤棚发生火灾的相关因素进行分析,绘制出气膜式储煤棚火灾事故树,计算出最小割集、最小径集以及基本事件的结构重要度,并对它们进行研究分析,最后结合分析结果提出相关意见与建议,为煤矿储运企业进行火灾防控提供一定的参考。     

室内丙烷连续泄漏扩散浓度变化的数值模拟

探究室内气体燃料泄漏后的扩散特性及危害范围的影响,采用CFD软件FLUENT对室内丙烷连续泄漏扩散浓度变化过程进行数值模拟,研究丙烷的浓度场分布和爆炸浓度范围的变化规律。结果表明:水平射流运动和重力对气体的扩散有显著的影响;墙壁对气体的扩散有阻碍作用,在近壁面处形成高浓度区域;爆炸危险区随泄漏时间的增加而先增大后减小。     

公路隧道内氢气和丙烷爆炸数值模拟对比分析

通过FLUENT软件对化学计量浓度下的等热当量的氢气和丙烷在某公路隧道内的爆炸过程进行了数值模拟,对比分析了2者的反应速率和隧道内的压力场变化。结果表明:隧道内爆炸过程中氢气反应速率比丙烷的快,爆炸发生后50 ms内的平均反应速率是丙烷的7倍;氢气爆炸产生的超压较大,最大可达451 kPa,爆炸产生的压力波迅速传播,在隧道内上下来回反射,强度逐渐减弱;丙烷爆炸产生的压力波在隧道内整体表现为向上传播,在爆炸发生150 ms内强度逐渐增大。在此种情况下,2种气体的爆炸均能够对隧道内人员造成严重伤害。     

盐岩地下储气库泄漏事故后果评价模型研究进展

利用盐岩地层建设地下油气储库群已成为各国发展能源储备的重要方向,然而关于储库区安全防护的研究至今仍处于探索阶段。考虑到盐岩储气库泄漏事故与储(输)气设施(管道)事故灾害作用相近,总结评述近几十年来国内外学者在储(输)气设施(管道)泄漏事故后果评价方面的研究成果及其存在的不足,并提出盐岩地下储气库泄漏事故安全评价需重点研究的问题。从理论、试验和数值模拟3个方面,对可燃气体火灾热辐射和蒸气云爆炸超压的后果评价模型研究现状进行系统总结,为盐岩地下储气库的安全防护研究提供思路。     

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。     

泄爆夹层内障碍物对泄爆效果影响的数值模拟研究

为研究泄爆夹层内障碍物位置对燃气泄爆效果的影响,以某大型商业综合体暗厨房为研究对象,考虑泄爆夹层中结构梁不同位置的泄爆效果,对暗厨房燃气爆炸的泄爆过程开展数值模拟研究。研究结果表明：在火焰没有到达泄爆窗前的爆炸初始阶段,障碍物对火焰结构和传播速度基本没有影响,当火焰进入泄爆夹层后,障碍物的存在可引发火焰加速现象;当障碍物距离泄爆窗1.7 m时,火焰加速现象较为明显,火焰最大传播速度可达591.5 m/s,此时厨房内压力峰值约2.9 MPa,约为没有结构梁情况下1.42倍;障碍物距离泄爆窗较近时,二者将协同影响火焰传播;厨房内压力峰值随着障碍物与泄爆窗距离的增大遵循增大-突降-增大的规律。研究结果可为商业综合体暗厨房泄爆设计提供一定理论依据。     

危险货物集装箱堆场爆炸地震效应对地下结构的安全影响分析

为了研究危险货物集装箱堆场爆炸地震效应对地下结构的安全影响,采用我国《爆破安全规程》以及美国国家公路研究所爆破理论相结合的方法,分析某危险货物集装箱堆场建设项目发生爆炸时对已建隧道的影响。建立三维模型,采用Midas GTS有限元分析软件进行数值模拟分析,经过理论分析与数据拟合,分别确定堆场各点（区域）发生爆炸时隧道壁振动速度与地表爆炸当量的计算模型,确定隧道保护条件,并分别采用隧道壁最大应力模拟计算值进行校验,为堆场选址、堆存货种种类及数量限定提供参考建议。     

浅析低瓦斯煤矿瓦斯防治安全评价

笔者结合煤矿安全评价工作的经验,通过运用预先危险分析对低瓦斯煤矿瓦斯防治进行分析,得出瓦斯爆炸是最严重的瓦斯事故。进而通过对瓦斯爆炸的事故树分析,得出了导致瓦斯爆炸的27个基本事件。应用事故树分析中的最小割集、最小径集和结构重要度,对瓦斯爆炸进行了研究。结果表明,瓦斯爆炸不发生所必须的最低限度的基本事件集合即最小径集有6个,其中严格控制瓦斯浓度,杜绝一切火源,是预防煤矿瓦斯爆炸的最重要途径。从源头上防止瓦斯爆炸的发生,提高我国煤矿安全生产水平。     

煤岩体巷道壁面钻孔减震吸能性能研究

为了掌握瓦斯爆炸冲击载荷在煤岩巷道壁面钻孔下的传播衰减规律,揭示煤岩巷道壁面钻孔减震吸能机理,提高巷道系统的安全稳定性能,基于一维平面应力波理论和节理刚度模型分析了煤矿井下巷道围岩钻孔的减震吸能机理,解释了煤岩壁面钻孔的存在对应力波传递的减弱和阻隔作用。为了深入研究巷道壁面钻孔的减震吸能性能,利用ANSYS/LS- DYNA建立方形巷道模型,模型壁面设置有钻孔,针对巷道右壁面和顶板布置相应监测点,对瓦斯爆炸冲击载荷作用下巷道壁面钻孔的减震吸能性能进行了数值模拟。结果表明:由于介质的非连续性和不同介质之间特性存在差异,煤岩体巷道壁面钻孔有效消减了钻孔后煤岩体质点中波的强度及速度,具有一定的减震吸能作用。研究煤岩巷道壁面钻孔在冲击载荷作用下的减震吸能性能,为研究瓦斯爆炸冲击载荷对巷道系统安全性和稳定性提供依据。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。     

2 000 m超深水水下分离器泄漏油气扩散特性研究

深水水下分离器服役过程中由于腐蚀、地质灾害和环境高压作用,存在失效泄漏风险。针对2 000 m超深水水下分离器可能存在的失效泄漏问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立分离器失效泄漏后果数值仿真分析模型,对分离器泄漏场景进行模拟与分析,研究2 000 m水深条件下分离器泄漏油气扩散规律,并考虑不同泄漏位置对油气扩散行为的影响。结果表明:水下分离器泄漏包括压力扩散和自由扩散两个阶段,压力扩散阶段历时极短,自由扩散阶段耗时较长;泄漏口位置对泄漏结果有较为明显的影响,分离器上部泄漏,油气全部溢出,分离器中下部泄漏,大部分油气保留于分离器内部,最终形成分明的油气水界面;分离器内部压力随时间迅速上升,t=0.25 s左右接近于20 MPa,后期在20 MPa左右呈极微小波动,泄漏速率随分离器内部压力增大迅速减小,达到最低点之后,呈微小波动状变化。     

城市综合管廊燃气舱室输气管道泄漏扩散规律研究

为了掌握输气管道在城市综合管廊舱室泄漏扩散的基本规律,采用FLUENT软件,针对管廊正常通风—泄漏报警—事故通风—警报解除的全过程进行动态分析。首先在正常通风速度建立的稳态风场中,模拟天然气在不同管输压力下发生小孔泄漏后的报警时间,根据首个响应的报警器的位置判断泄漏源位置。结果表明,当泄漏孔径为20 mm,通风速度为1.92 m/s,且泄漏源处于2个报警器中间时,管输压力为200,400,800 kPa时对应的报警时间分别为10.4,6.7,4.5 s。事故通风速度下,对不同管输压力的天然气扩散进行分析,当天然气朝逆风侧扩散时,随动量逐渐减小而到达不同的边界坐标。同时,环境大气压的降低不仅会缩短报警器的首次报警时间,还能延长总扩散距离。预测所得的天然气爆炸上下限浓度区移动速度有助于动态了解处于爆炸上下限浓度之间气体的实时位置。解除报警时间与进风口风速呈近似线性关系,可为现场救援队伍选择经济通风量提供理论指导。     

保护层开采被保护层膨胀变形分析方法

基于传统的膨胀变形特征分析多是对被保护层在法线方向上通过测量两个定点 的距离变化来表征,这种从“两个定点”距离变化角度分析膨胀变形的方法只考虑被保 护层在法线方向上的变形特征,不能反应出被保护层的横向变形。针对计算结果不能全 面、准确的反应煤岩体的膨胀变形特征问题,首次提出了保护层开采过程中被保护层膨 胀变形的“四个定点围域面积”分析方法,该方法通过面积膨胀变化分析被保护层膨胀 变形特征。研究分析了在开采实践和实验室中“四个定点围域面积”的监测方案、面积 分析计算方法和“四个定点围域面积”的合理尺度。以沙曲矿多煤层开采相似模拟为背 景,分析了不同尺度下“四个定点围域面积”分析法的精度。研究表明,“四个定点围 域面积”分析方法较“两个定点”分析方法精度更高,被保护层厚度1倍尺度围域内划 分的面积单元格越多,膨胀变形计算精度越高。