Experimental research of LNG accidental underwater release and combustion behavior

Evaluating potential hazards caused by accidental LNG release from underwater pipelines or vessels is a significant consideration in marine transportation safety. The aim of this study was to capture the dynamic behavior of LNG jet released under water and to analyze its vapor dispersion characteristics and combustion characteristics on the water surface during different release scenarios. Controlled experiments were conducted where LNG was jet released from a cryogenic storage tank. The dynamic process of LNG being jet released from orifices of different sizes and shapes, as well as the rising plume structure, were captured by a high-speed camera. The leakage flow rate and pipeline pressure were recorded by a flow meter and pressure gauge, respectively. The concentration distribution that emanated from the water surface was measured utilizing methane sensors in different positions with various wind speeds. The flame combustion characteristics of LNG vapor clouds, which immediately ignited upon the enclosed water tank, were also recorded. Additionally, the mass burning rate of the flame on the water surface was evaluated, and a new correlation between the ratio of flame length and width was established. The results indicated a large dimensionless heat release rate (Q*) and a continuous release flow rate in a limited burning area. This study could provide greater understanding of the mechanisms of LNG release and combustion behavior under water.     

非金属管道微小泄漏动力学数值模拟和试验对比

为了探索非金属输送管道泄漏规律,从数值模拟和试验两个角度,对液体PE管道发生泄漏前后管道内流体与泄漏口的流动状态进行了对比分析,为判定管道泄漏提供了依据。运用FLUENT软件针对PE液体管道泄漏,在不同孔径、不同压力下,构建管道泄漏模型分别进行仿真,分析不同泄漏情景下压力梯度的分布规律。同时在近似相同条件下进行PE管道两点泄漏模拟试验。结果显示:数值模拟与试验结果基本一致,泄漏孔处压力、流速均与管内初始压力成正相关;初始压力和孔径的增大,会导致管内压力下降速度上升,但最终会趋于稳定值。     

肥煤自燃全过程热动力学特征参数研究

实验测定了林西矿肥煤样品30~900℃煤自燃全过程热动力学特征参数,得出:TG/DTG曲线显示煤样DTG初始临界温度45℃,干裂温度122℃,活性温度195℃,增速温度265℃,质量极大值温度342℃,着火温度465℃,最大热失重速率温度515℃和燃尽温度690℃;DSC曲线显示,煤样初始放热温度60℃、最大热释放速率温度511℃。结合TG-DTG-DSC曲线综合分析可知,煤温达到510℃左右时煤样反应最剧烈。由煤自燃标志气体测定实验系统得出:煤温130℃后CO,CO 2释放量迅速增加,210℃增加速度下降;CH 4,C 2 H 6含量变化具有规律性且两者变化相近;C 2 H 4出现温度为130℃;C 2 H 4/C 2 H 6比值在190~350℃有较强的规律性,呈上升趋势且上升速度较快;350℃之后,CH 4,C 2 H 6,C 2 H 4体积分数均开始急剧增大;C 2 H 4/CO与C 2 H 4/CO 2变化趋势大致相同,在130~350℃时缓慢增长,达到350℃后比值呈指数形式上升。经拟合曲线,得到活化能的3个突变点温度:70,180,220℃,其中180℃与交叉点温度相吻合。通过以上研究,得到了肥煤自燃全过程的热力学特征参数,为实际生产中防治煤自燃提供了理论依据。     

不同气源压缩气体泡沫灭石油醚火灾性能比较

采用实验室压缩气体泡沫系统,通过缩尺油盘火试验,分别考察基于不同气源的压缩气体泡沫对于石油醚火灾的灭火性能,分析探讨适用于低沸点的石油醚类燃料火灾扑救的气源类型和供气方案。结果表明,在泡沫溶液供给强度为2.5 L/(min·m2)的条件下,压缩氮气泡沫和压缩空气泡沫均可扑灭石油醚火灾,具有良好的抗烧性能;二者相比,压缩氮气泡沫比压缩空气泡沫的控灭火性能和抗烧性能均有一定提升;对于石油醚类的低沸点易燃液体火灾,建议采用以氮气作为气源的压缩氮气泡沫系统;该研究可为压缩气体泡沫系统在石油化工行业工程应用提供技术支撑。     

基于人工神经网络的气体泄爆最大超压预测研究

为解决传统经验公式在预测气体泄爆中最大超压出现时的较大偏差或过于保守的问题,提出使用人工神经网络预测气体泄爆最大超压。基于124组实验数据,采用BP与RBF神经网络,通过优化算法计算与迭代循环对泄爆样本中的影响因素进行降维与选择,并确定2类神经网络本身在学习与计算气体泄爆样本时的相关参数。结果表明:PCA（主成分分析法）在当前样本条件下的降维效果较差,而通过迭代对比确认气体泄爆样本中的5类特征全部保留时神经网络的训练模拟效果最好;通过对124组实验数据进行随机挑选训练集与测试集的训练模拟结果发现,神经网络对气体泄爆中最大超压的预测效果较好;通过对比Molkov提出的和经Fakandu等改进的NFPA 68经验公式以及2类神经网络的预测结果表明,神经网络相比于传统气体泄爆经验公式具有明显优势。     

多点泄漏对天然气管道沿线压力的影响研究

为研究不同的多点泄漏工况对管道流动参数的影响,基于流动方程建立数学模型,讨论泄漏后压力下降幅值与泄漏位置、泄漏点数的关系,在室内输气环道采集多点泄漏工况下的压力信号并对理论分析结果进行验证。结果表明:泄漏点的上游和下游压力均减小,越靠近泄漏点压力降越大;2个泄漏点之间压力也下降,越靠近上游泄漏点,压力下降幅度越大;泄漏点距起点越近,泄漏引起的压力降低幅值越大。压力下降的幅值受距离起点最近的泄漏点位置影响最大,且随着泄漏点数的增多而增大。     

基于疲劳累积破坏机制的储罐结构动力可靠度分析

针对随机风载荷作用下储罐结构动力可靠性问题,以300 m3的中小型立式低温储罐为研究对象,利用AR模型进行数值模拟得到风载荷的脉动风速时程与脉动功率谱密度函数。采用ANSYS建立储罐三维有限元模型,并对储罐进行动力学分析,计算出储罐结构的随机响应,进而求出随机风载荷作用下储罐结构动力可靠性所需全部数字特征,最后利用疲劳累积损伤机制计算得到储罐的动力可靠度。结果表明:假设结构强度不随时间退化,前5 a动力可靠度基本保持不变,随着使用年限的延长,动力可靠度下降速度明显增大。研究方法可为储罐的动力可靠性及寿命预测提供一定的理论依据。     

深部煤层钻屑粒度随钻进深度分布规律

为了研究煤层钻屑粒度随钻进深度分布规律,选取具有冲击危险性的平煤八矿己15煤作为研究对象,采取钻屑量测试和孔口瓦斯浓度监测,通过筛分实验煤样并应用Rosin Rammler分布模型,探究了钻屑粒度和钻屑量大小随孔深变化关系,分析不同点钻屑粒度分布特征。结果表明:小于0.075 mm钻屑粒度分布随孔深变化与钻屑量变化规律相吻合;不同钻孔随深度变化分别对应不同Rosin Rammler分布函数,随着应力过渡越平缓,粒径分布宽度系数n值越小,煤体应力越大粒径相关系数D越大;不同范围钻屑粒度占比大小也会影响钻屑量大小;在钻屑量较大时,孔口瓦斯体积分数会出现增高现象。通过对钻屑粒度分布规律分析,更好地了解深部煤体应力分布,有助于冲击危险的预警。     

基于OpenFOAM的综合管廊舱内燃气泄漏扩散数值模拟

为实现综合管廊燃气泄漏扩散的精确高效模拟分析,进而为综合管廊燃气泄漏事故的安全防控提供技术支撑,利用OpenFOAM对城市地下综合管廊舱内燃气泄漏扩散进行数值建模计算,研究分析通风受限空间内的燃气泄漏扩散规律,并结合对应急响应时间的分析验证了通风策略的有效性。研究结果表明:气体射流作用与浮升力作用是影响综合管廊燃气泄漏扩散浓度分布的重要因素,采取合理的通风措施可有效加速燃气的流动与扩散,缩短燃气泄漏报警响应时间,有利于燃气泄漏事故应急决策与应急救援的快速实施。