天然气管线泄漏喷射火视角因子分析

基于平截头圆锥体模型和视角因子基本理论,对天然气管线失效泄漏引发的喷射火进行研究.利用平截头圆锥体对火焰形貌进行描述,根据几何关系给出了火焰的几何基本参数的计算公式,推导了有风情况下喷射火辐射面对周围任意位置接收点视角因子计算关键参量的相关公式.在计算火焰对接受体的视角因子时,将具有一定倾角的平截头圆锥体转换为竖直方向的平接头圆锥体以方便计算,并给出了变换过程中相关参数的计算公式.此时,将平截头圆锥体划分为3个辐射面——火焰侧面、火焰顶面及火焰底面.基于微元思想进一步对喷射火辐射表面进行了合理的离散化,对喷射火平截头圆锥体的视角因子进行研究.由于视角因子计算的复杂性,用Matlab软件编制了任意风速下喷射火周围任一点视角因子的计算程序.最后,结合具体实例,根据自编程序计算了在风速5 m/s、不同偏转角的情况下的火焰几何尺寸,并取风向角为30°,以受体点的坐标(6,5,2)计算了接受体不同法向量处的视角因子.结果表明,喷射火焰长度、抬升高度及上截面宽度都随火焰轴线的偏转角降低而缓慢增加,用微元思想计算出来的同一点在不同法向量下的视角因子不同.基于平截头圆锥体模型和视角因子的基本理论能够较为精确地计算喷射火的视角因子,可用于天然气管线泄漏喷射火事故的后果评价.     

基于FDS的天然气集气站分离器喷射火特性仿真研究

天然气集气站火灾事故对集气站安全生产构成严重威胁,研究集气站内关键设备泄漏引发的火灾特性具有重要意义.基于大涡模拟(Large Eddy Simulation)数值方法,针对分离器内介质成分、相态等参数特殊性,采用火灾动力学模拟软件FDS建立集气站卧式气液分离器喷射火模型,对分离器典型泄漏孔径下的喷射火进行数值仿真,研究其火焰几何特性、火场温度及热辐射特性.结果表明,随分离器泄漏孔径的增大,喷射火火焰长度及火焰最大宽度也相应增大.大、小两泄漏孔径的喷射火在充分燃烧区域火焰最高温度分别为1 525 ℃和1 065 ℃.大孔径泄漏的喷射火热辐射值明显高于小孔径,并由于湍流浓度脉动的作用导致热辐射值波动较大,喷射火火焰轴向对称面与相距1.5 m的侧平面上测点热辐射峰值之比与泄漏孔径成正比.根据模拟结果,定量分析了两泄漏孔径下喷射火的危险距离,并提出相应的事故控制措施.     

喷射火的人工扰流脱火规律试验研究

通过专门设计的人工扰流脱火同步数据采集试验平台,对喷射火的脱火规律进行了研究,重点分析了扰流介质、扰流流量、入射距离及喷射火尺寸对脱火规律的影响.结果表明:扰流介质为空气时,人工扰流能够使微尺寸(0.1mm级别)喷射火产生脱火;对于小尺寸(mm级别)喷射火,将空气扰流中加入一定比例的CO2才能使其脱火,但较易熄灭;喷射火尺寸的增大使得脱火所需的扰流流量大幅增加,同时脱火距离也有所增大,但不同尺寸喷射火的脱火规律相似,脱火距离随扰流流量增加逐渐增加,之后趋于平缓,随入射距离增大而减小,直至无法脱开.     

基于ALOHA研究二甲醚罐车发生喷射火事故

以某厂二甲醚罐车在充装过程中泄漏发生喷射火事故为背景,利用ALOHA模拟软件对其进行模拟计算,得出事故危险区域范围,并利用Google Earth对其进行可视化。根据多米诺效应,喷射火有可能引起周围罐车损坏,发生火灾或爆炸事故,利用多米诺效应的风险分析方法,计算出周围罐车的失效概率,确定罐车之间的安全距离。     

地下输气管道喷射火事故后果评价研究

随着城市建设和工业企业的发展,地下天然气管道输送的需求越来越多,目前对地下输气管道风险的研究较少,本文运用喷射火模型对地下输气管道发生喷射火事故后果评价进行研究,本文的研究对天然气管道输送的设计及安全管理有一定的实际意义。     

天然气管道泄漏喷射火燃烧特性研究

针对天然气管道泄漏发生喷射火事故,采用动态火灾软件FDS进行天然气管道泄漏喷射火数值仿真,结合固体火焰模型分析了火焰几何特性、温度与热辐射空间分布等关键参数,依据温度与热辐射伤害准则确定了危险区域范围;并对比不同风速和泄漏孔径下火灾事故的危险范围,研究风速和泄漏孔径对火灾事故的影响程度。结果表明:热辐射是火灾后果的主导因素,25.4 mm泄漏孔径喷射火灾充分燃烧时,其火焰最高温度为1 200℃,喷射口25 m以内为危险区域,随风速增大,温度伤害范围略有增大,热辐射伤害范围显著增大;泄漏孔径变化对喷射火事故后果的影响与风速变化的影响相同,但泄漏孔径对事故后果的影响更为显著,泄漏孔径从6.35 mm增大至25.4 mm和101.6 mm,人员温度伤害半径分别增大2.71倍和10.42倍。最后,结合仿真结果,提出了具有针对性的喷射火应急防控措施。     

基于微积分的LPG和CNG喷射火模型建立和三维数值模拟

由液体和气体泄漏引发的喷射火灾事故屡见不鲜,而现有的喷射火模型却有诸多缺陷。将喷射火形状近似为圆锥,鉴于液体和气体的泄漏速度随压强和温度均有变化、点源离地面会有一定高度、风速对火焰倾角也有影响、圆锥喷射中心线上每个点源对目标的热辐射均不同等实际情况,新建液体和气体扩展半径的计算方法,引入风速对火焰高度和火焰偏角的作用,比较AGA法和Thornton模型,发现AGA法更加符合实际,再利用微积分原理建立三维点源喷射火模型,展示火焰形状对目标的影响,从而得出热辐射的最终危险性。最后以LPG和CNG储罐喷射火事故为例进行对比验证,首次模拟出喷射火的形状,更清晰准确地展示了目标入射热辐射通量随目标点位置的变化和危险范围,可为火焰阵面处的消防安全决策提供参考。     

地震引发城市燃气管线事故的定量风险评价

为了对地震作为诱发事件导致燃气管线的风险进行量化,提出了地震引发城市燃气管线事故的定量风险评价程序,基于离散化的地震PGA值和地震预期重现时间给出可能的损坏概率和参考事故场景,并进行事故场景的后果评价,最终实现燃气管线个人风险和社会风险的表征.此外,基于Matlab编写了适用于该风险评价程序的GUI程序,结合淮南市城市次高压燃气管线的具体实例,实现了风险表征并研究了地震参数变化对风险变化的影响.     

基于Fluent的埋地原油管道泄漏事故后果分析

埋地输油管道一旦发生泄漏,一方面会造成土壤污染,另一方面当原油泄漏量过多时会上渗到地面形成油池,进而引发池火灾,对人员、环境、设备均会造成危害。为了研究埋地输油管道泄漏事故的后果,为事故救援及处理提供参考,提出了一种针对此类事故的土壤污染、池火灾后果定量分析方法。方法以Fluent软件为工具模拟原油被点燃前的泄漏扩散情况,分析原油在土壤及地面上的扩散规律及范围,并结合危害模型得到池火灾造成的热辐射危害范围。利用该方法对不同管道压力和泄漏孔径的6种工况下的事故进行了分析,结果表明,原油管道泄漏时的压力及泄漏孔径对原油扩散速度影响较大,进而影响避免事故的难易程度。     

基于虚拟现实技术的喷射火事故三维动态仿真及应用

基于Shell模型的原理和计算方法,把喷射火焰视为近似倒立圆台形,构建了不同风向影响下的喷射火三维模型,运用虚拟现实技术和三维可视化技术对喷射火事故进行模拟与仿真。以Delphi和OpenGL/GLScene为开发工具,实现了喷射火三维模型的程序化与三维场景绘制,同时引入粒子特效系统,实现了喷射火焰燃烧的实时动态仿真,完成了喷射火三维动态可视化软件系统的开发。最后,利用该系统进行实例分析。应用表明:虚拟现实技术与事故后果模拟相结合,使整个系统实现实时性和形象性的统一,虚拟现实技术在化工行业具有广泛应用前景,也为事故后果预测评估提供科学依据。     

管道压力对天然气射流火热辐射灾害的影响

天然气管道时常受到破坏,并诱发巨大的射流火焰,可能引燃周围建构物体。系统地分析了管道压力对天然气射流火热辐射灾害的影响,以建立天然气射流火热辐射灾害的系统定量分析方法。基于压力管道小孔泄漏模型和权重-多点源热辐射计算模型,建立了目标物体最大入射热辐射通量、管道压力和目标物与泄漏小孔水平距离的定量关系式。进而选定10 k W/m~2和31.5 k W/m~2作为城镇建筑物遭受引燃和机械破坏的热辐射通量阈值,得到了不同管道压力下天然气射流火热辐射灾害范围。计算结果表明,GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》依据管道压力所规定的燃气管道与建筑物的安全间距不能完全满足天然气管道破坏时射流火焰的安全要求,与某武汉天然气管道射流火事故后果一致。     

Dynamic probability assessment of urban natural gas pipeline accidents considering integrated external activities

Urban gas pipelines usually have high structural vulnerability due to long service time. The locations across urban areas with high population density make the gas pipelines easily exposed to external activities. Recently, urban pipelines may also have been the target of terrorist attacks. Nevertheless, the intentional damage, i.e. terrorist attack, was seldom considered in previous risk analysis of urban gas pipelines. This work presents a dynamic risk analysis of external activities to urban gas pipelines, which integrates unintentional and intentional damage to pipelines in a unified framework. A Bayesian network mapping from the Bow-tie model is used to represent the evolution process of pipeline accidents initiating from intentional and unintentional hazards. The probabilities of basic events and safety barriers are estimated by adopting the Fuzzy set theory and hierarchical Bayesian analysis (HBA). The developed model enables assessment of the dynamic probabilities of consequences and identifies the most credible contributing factors to the risk, given observed evidence. It also captures both data and model uncertainties. Eventually, an industrial case is presented to illustrate the applicability and effectiveness of the developed methodology. It is observed that the proposed methodology helps to more accurately conduct risk assessment and management of urban natural gas pipelines.     

瓦斯压力对煤与瓦斯射流突出能量的影响

瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主要动力源,其与突出能量的关系尚不明确。将煤与瓦斯突出视为煤-瓦斯气固两相射流突出,在分析煤与瓦斯射流突出过程的基础上,建立了煤与瓦斯射流突出数值模型,给出了突出能量表达式。通过理论分析、数值模拟相结合,得到了瓦斯压力对煤与瓦斯突出能量、突出强度、瓦斯涌出量等参数的影响规律。结果表明,突出发生时,突出能量具有波动性,即以突出口为界存在能量集聚骤升区和能量释放衰减区。能量集聚骤升发生在突出孔洞至突出口段,瓦斯-煤两相流突出速度成倍增大;能量释放主要发生在突出口附近和巷道中,瓦斯-煤两相流突出速度逐渐减小。煤与瓦斯射流突出产生强烈涡旋,在顶板、底板处尤为显著,与现场观察到的突出后顶板有摩擦和划痕、底板突出煤粉有分选现象一致。瓦斯压力与突出能量间呈线性增加关系,与突出强度和瓦斯涌出量均呈幂指数增加关系。计算得到的煤与瓦斯射流突出能量量级与前人结论基本吻合,结果可为煤与瓦斯突出能量预测提供参考。     

昆明市城中村火灾事故统计分析

城中村是中国快速城市化进程中的一个普遍现象,由于缺乏统一规划和专门管理,城中村的高火灾风险成为当前面临的重要问题并得到社会各界关注.为获得昆明市城中村火灾的特点和规律,从2004-2006年昆明市火灾统计记录中区分出城中村和非城中村火灾数据,在此基础上采用Bayes统计分析城中村不同用途建筑物的火灾发生概率及概率比例.结果表明,相比城中村其他用途的建筑,居住用房火灾概率较低,而具有生产和加工性质的行业作坊、易燃易爆场所和娱乐场所的火灾概率较高,分别是居住用房的48倍、26倍和18倍.进一步采用火灾原因-场所关联对比分析了城中村和非城中村火灾的特点.从火灾发生场所看,与非城中村相比,城中村居住场所火灾发生比例高7.2%,路边可燃物高88.8%,木材、家具加工厂高184.8%,易燃易爆场所高521.4%; 从火灾原因看,城中村电气、电线短路致灾比例高1 2%,限制行为能力人(小孩和精神病人)致灾比例高65 1%,燃放烟花爆竹致灾比例高3.5%,吸烟致灾比例高50.9%,违章操作致灾比例高59.0%.这些差异基本上反映了城中村的主要外在特征,这些外在特征经城中村实地调研得到证实.     

基于Tripod-Beta模型的船舶火灾事故风险分析

为深入分析船舶火灾事故风险因素及其后果产生的影响,通过分析1991-2017年全球船舶火灾事故调查报告,从人员、管理、船舶设备、货物、环境5个方面对船舶火灾影响因素进行识别研究;采用三脚架事故致因模型(Tripod-Beta model),构建考虑安全栅的船舶火灾事故情景演化模型,识别船舶火灾关键影响因素;并在样本量较少的情况下,采用信息扩散理论计算船舶火灾发生率;最后,利用布尔函数和风险矩阵,对船舶火灾事故风险进行评价研究。结果表明:船员不安全行为和船舶设备表面过热、设备短路是船舶火灾事故的关键风险因素;事故后果链中安全栅遭到破坏时,船舶火灾风险处于不希望发生范围内。该方法能有效评估船舶火灾风险的等级,满足海事管理部门的监管工作需求。     

天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟

针对长输天然气架空管道泄漏问题,综合考虑风速随海拔变化的边界条件、管道管形及泄漏方向等因素,建立非稳态泄漏模型,对不同管道泄漏压力和不同天然气浓度边界的天然气非稳态泄漏扩散进行了数值模拟。结果表明:在天然气向下泄漏的工况下,天然气气团主要在地面积聚,呈无规则的扩散;天然气管道泄漏压力与气体泄漏扩散速度成正比,与天然气浓度边界达到稳定所需时间成反比:不同泄漏压力下天然气扩散稳定后的扩散距离及泄漏影响面积大致相同;天然气浓度边界越小,达到稳定所需时间越长。     

陕京二线输气管道风险预评价

采用EST法对建设中的陕京二线输气管道进行了风险评价,得到了管道的高风险区段.通过对评价结果的分析,得出了造成各管段风险值较高的原因,并提出了相应控制措施.     

基于风险的城市埋地燃气管道安全评价模型及应用

城市埋地燃气管道一旦失效会产生泄漏,甚至引发火灾爆炸等事故,造成人员伤亡和财产损失等严重后果,影响社会稳定,因此其安全运行十分重要。由于城市地下环境的复杂性,使得埋地燃气管道失效的因素多种多样,且具有模糊性;由于城市地面状况各异,所以构成失效后果的因素也具有不确定性。文章以某市在役燃气管道为例,使用模糊数学语言表达了埋地燃气管道的失效可能性和失效后果,采用模糊综合评价模型对燃气管道的失效可能性和失效后果进行了评价,并以美国石油协会(API)风险矩阵表征了埋地燃气管道的风险等级,得到不同管道单元的风险级别和管道单元数,根据不同的风险等级采取不同的策略或措施,完善管道的完整性管理,降低管道的使用风险,确保城市燃气管网的正常安全运行。