埋地输气管道安全并行距离分析

为研究埋地输气管道泄漏爆炸对并行管道的冲击破坏影响,采用TNT当量模型与数值模拟相结合的方法,分析不同并行间距下管道爆炸对并行管道的冲击破坏效应并进行验证.结果表明:随着并行间距增大,并行管道受爆炸冲击的影响分三个层次:大变形、持续小幅变形、无破坏效应;并行间距S3 m时,爆炸超压破坏和土壤挤压变形引起并行管道变形,产生破裂失效;并行间距4 mS6 m时,主要以土壤形变挤压为表现形式并破裂失效;并行间距S6 m时,形变应力主要源于土壤粘弹性变形且不出现破裂失效,但S8 m时并行管道会产生大变形.为保证埋地并行管道的稳定运行,其敷设间距推荐大于8 m.     

U形槽防护燃气管道爆炸对下方隧道安全影响有效性分析

铁路隧道的线路建设常与城市地下燃气管线有所交叉，以某市铁路下穿天然气管道为背景，为分析隧道上方天然气管道爆炸对隧道结构的影响，提出在燃气管道周围设立U型槽的隔离防护措施。通过理论计算燃气管道爆炸TNT当量，建立ABAQUS有限元三维数值模型的方法研究爆炸情况下隧道的结构响应及U型槽防护有效性。结果表明：在爆炸冲击作用下，隧道出现较严重拉伸损伤，在隧道上部圆拱部分出现较大位移变形，且已超出工程容许标准；爆源上部土体抛掷范围较大，位移云图分层明显；设立U型槽防护之后，隧道基本无塑性损伤，结构变形程度明显减小；U型槽阻碍了爆炸波在土体中传播，上部土体抛掷范围主要集中在U型槽内上方区域，且隧道上部土体位移情况有所改善。可见U型槽的设立在天然气爆炸时可以对隧道起到有效的防护作用，数值模拟结果可为类似工程案例提供参考。     

地下管道结构爆振效应和冲击破坏行为实验

通过小当量爆炸实验研究爆源近区地下结构动力响应和材料破坏行为.研究了地下管道结构的爆炸振动效应,分析了混凝土材料在爆炸冲击波作用下的破坏行为.结果表明,爆炸振动波使地下管道结构发生以瞬态径向压缩为主的变形,以及沿轴向和环向两方向的刚体振动响应.在爆源近场随爆炸折算距离变化,爆炸冲击渡可以引起混凝土管道结构的3种破坏行为,即结构破坏、结构和材料耦舍破坏以及材料破坏行为.     

并行管道阴极保护干扰分析

为了研究土壤电阻率、涂层面电阻、管道间距对并行管道阴极保护干扰的影响,建立了并行管道阴极保护数值模型,通过对数据的分析得出土壤电阻率越大,干扰越严重。管道涂层面电阻越小,干扰越严重。两管道间距越小,干扰越严重。     

变径管道中粉尘爆炸传播实验与模拟

为探究粉尘爆炸在变径管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了DN200长直管道和DN200~DN100的变径管道,以玉米淀粉为实验介质,通过实验和FLACS数值模拟相结合的方法,研究了粉尘爆炸在管道中火焰传播速度、超压峰值、火焰传播距离的变化规律.结果表明:火焰传播速度在管道内呈上升趋势,在变径点之后增幅明显变大,缩小管径对火焰传播起加速作用;但超压峰值在管道内呈下降趋势,其在变径后衰减幅度显著升高,缩小管径使超压衰减速率增加;通过数据拟合建立了变径管道引起爆炸腔内超压变化的数学模型;火焰传播距离随浓度增加而变长,相同浓度下渐缩变径管导致火焰传播距离变长.研究结果为除尘系统安全距离确定及阻火隔爆措施的设计提供了参考依据.     

水平管道内甲烷爆炸压力传播实验

借助自行研制的瓦斯爆炸水平管道模拟巷道,通过实验研究低浓度瓦斯爆炸特征参数及爆炸压力在水平管道内的传播规律。结果表明：爆炸极限范围内的甲烷气体,在燃爆腔体内（点火段附近）爆炸超压随甲烷浓度的增大呈先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9．4％时,爆炸压力最大,为0．165670MPa,对应时间为76．8ms。在燃爆腔体一扩散管路内,气体爆炸压力峰值呈波动性变化;距点火段3600mm处、体积分数为9．4％的甲烷气体爆炸压力最大,爆炸超压为0．181228MPa。实验中甲烷爆炸超压的体积分数为9．4％。该研究为管道及煤矿巷道瓦斯爆炸事故分析提供了参考。     

管道中瓦斯爆炸过程的数值模拟

利用AutoReaGas软件对封闭的长直管道内瓦斯爆炸进行了数值模拟,研究了瓦斯的浓度对爆炸超压影响的规律. 在此基础上,进一步研究了障碍物个数和阻塞比对瓦斯爆炸超压和火焰传播速度的影响. 数值结果表明,在无障碍物的管道中,当瓦斯浓度为化学当量浓度时,爆炸超压值最大;在带有障碍物的管道中,火焰速度值随着障碍物数量的增加先增大后减小;当障碍物个数一定时,最大爆炸超压和火焰速度随阻塞比增大而增加.     

埋地天然气管道泄漏量计算与分析

为计算埋地天然气管道泄漏量,获得合理的埋地管道泄漏计算模型与埋地管道土中天然气吸收量,通过分析燃气管道泄漏的模型划分标准,建立等温与等熵模型计算小孔泄漏量。结合天然气管线泄漏强度的实验数据进行对比分析,得出了等熵与等温模型分别为实际小孔泄漏量的上下限;利用菲克定律推导埋地管道泄漏扩散浓度方程,并分析扩散范围,结合工程实例对泄漏量进行计算分析。研究结果表明,小孔泄漏孔径越小,处于爆炸浓度极限的时间越长,危险性越高。根据埋地管道周围土中各点天然气浓度分布规律,提出了土壤吸收量计算方法,改进了地面蒸气云泄漏质量计算方法,结合工程实例定量地给出了土壤的天然气吸收率。     

城市"命脉"何时不再伤——室外煤气(天然气)管道安全透视

近段时期内,室外煤气（天然气）管道泄露或爆炸事故屡屡发生。特别是在一些室外煤气（天然气）管道施工和建设过程中,一些单位或个人采取不规范的操作,导致管道煤气（天然气）泄露和爆炸等险情出现。在我国,现有80％的城镇居民使用管道煤气（天然气）,室外煤气（天然气）管道属于主管道,它的泄漏直接影响成千上万户居民的日常生活,并带来各种危险因素,室外煤气（天然气）管道的安全问题越来越引起人们的关注。     

天然气储罐泄漏扩散的影响因素及危害性

天然气储罐一旦发生泄漏后,会对人体及周围造成损害,以西安天然气厂作为对象,针对泄漏扩散、火灾爆炸主要的事故类型等,从分析影响天然气泄漏的因素出发,通过高斯烟羽模型和TNT当量法,计算天然气储罐一旦发生泄漏,产生的危害范围。研究认为参照天然气爆炸上下限以及人可接触浓度阈值三个值为分界点,距离泄漏源下风向313 m,甲烷浓度达到了对人体有害的阈值,距离泄漏源下风向135 m处,天然气浓度处于爆炸下限,以爆炸源为中心,距其440 m以内的范围属于死亡区。高斯烟雨模型极大程度的考虑了影响扩散的因素,TNT当量法是计算爆炸能量的通用方法,得到的计算具有很高的合理度,可作为气体泄漏扩散危害的计算工具。     

注空气管内原油蒸气爆炸过程数值分析

 在注空气采油生产过程中,必须高度重视可燃油蒸气的爆炸问题。本文借助AutoReaGas气体爆炸模拟软件对注空气管内原油蒸气在高压状态(30MPa)不同初始温度下发生爆炸的过程进行了数值模拟。结果表明,爆炸产生的超压可达450MPa,温度可达2400K,会对油管和井口采气树等设施造成严重破坏;管内爆炸超压值与初始温度关系密切,在爆炸冲击波与反射波未叠加前,初始温度升高会导致爆炸超压的下降,在叠加区域内爆炸初始温度升高会导致爆炸超压的明显升高,750m远处压力基本不再变化;初始温度对爆炸温度影响甚微,初始压力为30MPa时,无论初始温度多大管内温度在距井口600m以后都恢复到初始温度。分析可知,爆炸只会造成充气区域及其附近管段内压力和温度急剧升高,对远场作用不明显。     

分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟

为了研究煤矿井下瓦斯爆炸火焰在分岔巷道内的传播规律,自制45°分岔管道实验装置开展甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸火焰传播实验,用Fluent 16.0软件模拟分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播过程。对比分析实验数据与模拟结果,得到分岔管道瓦斯爆炸火焰传播的变化规律。研究结果表明:1)分岔管道内瓦斯爆炸火焰在分岔处产生漩涡,加速管道内爆炸火焰湍流化,火焰冲击反射现象明显;2)分岔支管截面处爆炸火焰温度、传播速度、冲击波超压与离子电流峰值最大;3)瓦斯爆炸火焰传播的模拟结果与实验数据在数值上存在一定差异,但各参量总体变化趋势相同。研究结果为深入认识井下瓦斯爆炸传播机制和在巷道分岔处采取瓦斯爆炸火焰传播抑制措施提供一定参考。     

爆炸载荷下埋地管线动力学分析数值模拟

 埋地管线的设计规范通常仅考虑管内介质、管边地质条件、环境条件、埋设方式和深度,而未考虑在土中爆炸的冲击载荷作用下埋地管线的安全性。本文利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用非线性动力学的基本理论和算法,选取适当的材料以及本构关系,对炸药在土中爆炸情形下埋地管线的动力学响应问题进行3维数值模拟。对比分析了不同装药量和爆心距对埋地管线损伤的不同作用,并对正对爆心管线界面上各节点受力进行了分析。结果表明,当炸药在浅土层中爆炸,炸药用量对管线的影响更为突出;同时也得出埋地管线在受到爆炸冲击载荷时,正对爆心截面上受到较大的轴向拉应力作用,且其作用可以看作瞬态受力过程。     

基于数理统计的海洋平台燃爆数值建模优化研究

海洋平台燃爆风险分析的关键基础之一是数值模型的建立,然而由于没有网格、障碍物拥塞度等的统一建模标准,难以保障超压载荷结果预测精度。基于数理统计理论离散超压及其影响因素的数学物理方程,构建超压后果集、模型集与工况条件集;进而借助拉丁超立方抽样,抽取不同工况条件组成的向量空间,以此进行模型建立的网格优化、物理模型优选方案及相似增补方案的分析;最后,以模型预测与理论模型结果的相关系数为优化结果考核指标,获取具有良好工程适用性的数值网格尺寸、障碍物删减尺寸等。结果表明:海洋平台燃爆数值模型核心区域的网格尺寸为0.2 m;对于在役阶段的平台,建模过程中可直接忽略等效直径小于0.06 m的障碍物,可采用均匀圆管替代等效直径小于0.08 m的障碍物;对概念设计阶段的平台,可将等效直径为0.08 m的圆管用于数值建模,代表平台拥塞度,从而实现在保障超压预测准确度的基础上较大程度地减轻建模工作量。     

除尘器内烟草粉尘爆炸规律的数值研究

在工业生产中,除尘器内经常发生爆炸灾害事故,给安全生产带来了严重的挑战。为探究除尘器内发生爆炸时爆炸超压演化及爆炸火焰传播的规律,基于球形爆炸装置对烟草粉尘的实验数据,构建了大规模爆炸仿真软件FLACS的烟草粉尘爆炸模块,进而实现了对带管道除尘器内爆炸及传播过程的数值仿真。模拟结果表明:除尘器内部发生爆炸时,内部的粉尘质量浓度、点火位置、管道形状均对爆炸过程有一定影响。在500~1000 g/m~3范围内,除尘器内粉尘质量浓度越大,爆炸超压越大,火焰传播速度越快;点火位置离管道入口越远,爆炸超压越大,火焰传播速度越快;管道若设置有折弯结构,火焰经过该部分后,可以一定程度上减弱爆炸超压和火焰传播的速度。     

小尺度管道中CH4-O2爆炸火焰传播规律实验研究

为研究小尺度管道中CH₄-O₂爆炸火焰传播规律,设计并建立了小尺度管道实验系统,由小尺度管道、配气系统、点火系统、爆炸压力数据采集系统、高速摄影系统以及数据处理系统等组成. 利用小尺度管道实验系统,研究了不同初始压力、不同初始浓度条件下CH₄-O₂混合气体爆炸火焰传播的规律. 爆炸火焰传播速度由高速摄影系统采集的图像利用Matlab程序进行处理并计算得到. 结果表明:同一初始浓度条件下,随着初始压力的增加,爆炸火焰在管道中传播的最大速度随之增大;管道中爆炸火焰最大速度与初始压力的倒数近似呈线性关系;对于不同初始浓度下的混合气体,都存在使混合气体形成加速火焰的最低初始压力;以化学当量浓度（CH₄+2O₂）为界限,当初始浓度越接近化学当量浓度时,混合气体形成加速火焰所需的最低初始压力越小.      

岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.     

砂土中直埋穿管光缆爆炸破坏效应研究

研究直埋穿管光缆的爆炸毁伤机理和易损性,针对直径60 mm钢管内穿GYTA33型铠装光缆,设计并开展了55 kg柱状TNT裸药砂土中近距离爆炸破坏原型试验. 试验结果表明,比例爆距为0.316 m/kg时,该型穿管光缆在钢管出现明显弯曲及压缩变形时通信功能完好,比例爆距0.263 m/kg时通信出现中断,该型穿管光缆在砂土中的临界破坏比例爆距在0.263～0.316 m/kg之间;围绕试验结果开展了数值计算,分析了穿管光缆破坏过程机理. 研究表明,近距离爆炸荷载下,钢管会发生局部弯曲和径向压缩变形,钢管变形初期产生严重压缩变形破坏时对管内光缆的高速冲压作用是其破坏的主要原因.