贮油罐的爆炸模拟试验

对大型贮油罐爆炸的危险性进行室内模拟试验。用乙炔/空气和液化石油气/空气作为模拟气体。将满罐充气和半罐充气点火爆炸,与不同药量的TNT炸药在罐中爆炸作对比,从而确定模拟气体爆炸气体TNT当量值。同时测定模拟防火墙位置上平均迎面、侧面和背面超压值。结果表明1×10~4m~3贮油罐爆炸时其威力量级为588kgTNT当量;满罐充气爆炸时,模拟防火墙上载荷为9.5kPa。本文对实际贮油罐爆炸威力进行了估算,其量级与实际结果相一致。     

开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究

基于流体力学控制方程组、Realizable湍流方程和Eddy-Dissipation燃烧模型,建立了可燃气云爆燃的理论模型,对半径为0.5 m的半球形乙炔-空气预混爆炸进行了三维数值模拟,并采用了密度基耦合求解器进行了数值求解.选取了乙炔质量分数分别为5.3%、10.4%、13.3%和15.4%的预混气体,并得到不同质量分数的混合气云爆炸超压沿时间与空间的分布,模拟得到最大爆炸压力与实验结果吻合良好,最大相对偏差为13.79%;在气云爆炸初期,爆炸压力急剧增加,达到最大爆炸压力,在短期内有周期性的超压波不断向外扩散,且当气体浓度处于最危险质量分数时,产生的爆炸压力最大.在工业生产中,应尽量避免气体浓度达到其最危险质量分数,从而预防事故的发生.     

基于多能法和概率方程的井喷爆炸后果分析

就天然气井喷后形成的可燃性气云爆炸事故进行风险分析而言,TNT当量法存在对爆源附近超压预测偏高、对较远位置处的预测偏低、只能提供超压不涉及冲量等不足.多能法基于受限空间体积的观念使其比基于点源的TNT当量法具有更符合蒸气云爆炸实际情形的优势,该方法兼顾了超压和正相压力波持续时间.概率方程同样具有既考虑超压也考虑冲量因素的能力,同时该模型提供了与超压以及伤害百分比之间的转换关系.因此,将多能法与概率方程结合无疑将提高风险分析的准确度和方便性.具体应用时首先确定伤害标准,然后根据概率方程将伤害程度转换为超压和冲量,最后依照多能法将超压等换算为安全距离.实例的结果表明,在同样的伤害准则下该方法得到的安全距离比用TNT当量法得到的更合理.     

双层泡沫陶瓷抑制瓦斯爆炸研究

为有效抑制煤矿瓦斯爆炸产生的冲击波,自行设计、搭建了瓦斯爆炸圆形大尺度管道实验系统,对8%浓度的瓦斯预混爆炸过程中多孔泡沫陶瓷对冲击波的抑制特性进行了研究.研究结果表明：泡沫陶瓷的多孔结构通过弹性形变和塑性形变吸收瓦斯预混爆燃的冲击波能量,实现抑制、衰减冲击波的效果.泡沫陶瓷层数、厚度和位置对抑制瓦斯爆炸传播均有一定的影响,其中层数影响尤为显著,双层布置时爆炸冲击最大超压下降速度更快、梯度更大;设置位置距点火端的距离3 m至4 m的范围内可以成功抑制爆炸的发展和演化;泡沫陶瓷厚度对爆炸冲击波趋势影响并不明显,而对最大超压数值有影响,相比50 mm厚,30 mm厚的泡沫陶瓷最大超压衰减率更大,抑爆效果更好.     

不同管道开口率下丙烷-空气预混火焰传播规律的研究

对不同开口率的管道内丙烷-空气预混火焰传播规律进行了数值模拟.结果表明:随着管道开口率的增加,管道内最大爆炸超压值迅速降低,当开口率大于30%时,爆炸超压值下降速率减小,即开口率大于30%时泄爆效果区别不明显;开口情况下,最大爆炸超压值出现在点火端附近,靠近开口处时爆炸超压逐渐下降,而闭口情况下最大爆炸超压出现在管道两端.     

油田轻烃储罐的蒸气云爆炸后果模拟

轻烃是油田中常见的一种危险化学品,其储罐的失效泄漏可能导致多种严重后果,造成重大的人员伤亡和财产损失.分析了轻烃储罐泄漏和泄漏后发生蒸气云爆炸事故的特点,采用TNT当量法对某油田轻烃储罐发生蒸气云爆炸的后果进行计算,得到伤害区面积与泄漏时间的关系及不同泄漏时间、泄孔面积所对应的伤害半径.对计算结果进行讨论,并提出了降低事故损失的建议.     

隧道内可燃液体蒸气爆燃超压缩尺寸实验研究

为了探索隧道内可燃液体蒸气的爆燃超压及火焰传播规律,该文采用1/20的缩尺寸隧道模型,以不同液体温度(30、 40、 50、 60、 70、 78℃(沸点))下蒸发产生的乙醇蒸气为爆燃介质,分析不同时间点火的引爆情况及爆燃超压等数据。结果表明:蒸气的爆炸极限受到初始液体温度的影响,当蒸气温度低时爆炸极限范围小,同时所需要的引爆能量也会变大。被引爆乙醇蒸气的超压值沿隧道纵向呈现明显的双峰形状,同时在超压曲线第1次达到峰值时,燃料盘上方压力测点P1低于远离中心位置P2、 P3处的超压值。此外,隧道内爆燃超压最大值会随着乙醇蒸气浓度的增加而呈现先增大后减小的趋势。     

圆管内泡沫陶瓷对瓦斯爆炸的抑制特性

为有效抑制瓦斯爆炸冲击波及火焰传播,构建大尺度圆形管道实验装置,对瓦斯预混爆炸过程中泡沫陶瓷对冲击波和火焰传播抑制特性进行研究.结果表明：泡沫陶瓷能够吸收瓦斯爆炸冲击波能量,对火焰和冲击波传播抑制效果明显,泡沫陶瓷挡板厚度及设置层数、位置是典型影响因素.挡板设置位置距点火端距离十分重要,其临界值应为起爆期间火焰传播速度达到最大值位置以内,进而实现对瓦斯爆炸传播与发展的有效抑制.对比双层和单层挡板布置的实验结果,双层布置时冲击波最大超压下降更快.但是,挡板厚度的影响并不明显.设置厚度为50 mm或30 mm的挡板时,测得最大超压的沿程衰减趋势一致,大小也很相近.     

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。     

蒸气云爆炸事故后果模型对比分析研究

随着石油化工生产日趋复杂化、自动化、连续化和大型化,任何一个环节的疏忽和错误都有可能造成重大爆炸事故。研究发现,工业爆炸事故多以可燃化工原料蒸气云爆炸为诱发,最终形成危害较大的气液相混合爆炸,造成严重的后果。本文深入剖析了工业蒸气云爆炸事故的发生机理,针对蒸气云爆炸事故后果模型,对TNT当量,TNO多能法和Baker-Strehlow模型进行了比较分析,利用计算实例对比分析了三种模型事故伤害半径,为进一步灾害模拟评价理论模型以及开发的软件系统的建立提供一定的参考与支持。     

点火位置对甲烷-空气预混泄爆容器结构响应影响研究

为研究点火位置对甲烷-空气预混泄爆容器结构响应的影响,利用自主搭建的甲烷泄爆容器结构响应测试系统,研究不同点火位置条件下的甲烷-空气预混气体泄爆作用下的舱体结构响应特性,结合内部超压、火焰演化和固有频率等特征探究点火位置对泄爆容器结构响应的影响机制。研究表明:泄爆过程中容器振动响应和内部超压均出现双峰值,点火位置的改变对两峰值的影响规律不同。点火位置的改变对容器内部火焰前期的发育、传播及内部超压特性有着一定的影响,泄爆初期容器低幅值振动响应受点火位置的影响较为有限。泄爆后期的高幅值振动响应随点火位置远离泄爆口而快速降低,底部点火泄爆时高幅值振动响应消失,为热声不稳定现象因点火位置的不同受到抑制。泄爆口附近点火将有较大幅值的振动响应以及更大能量的高频振荡。研究成果有助于全面地分析泄爆容器及其附属装置受爆炸冲击后的振动损伤状态,评估可能存在的损伤模式等。     

高压氢气射流火焰的数值模拟

高压氢气泄漏并发生点火是氢火灾事故的核心场景,也是氢安全研究的基本内容。该文对高压氢气泄漏后立即点火、延迟点火以及有防护墙存在时的延时点火3种场景进行了数值模拟仿真,分析了点火时间、防护墙对温度和超压的影响。结果表明:氢气泄漏后在喷口处立即点燃会形成射流火焰,该过程不会产生明显的超压;泄漏一段时间后再进行点火,将由点火中心产生压力波并向外传播,并随着与点火中心距离的增大,最大超压降低,燃烧稳定后形成的射流火焰与立即点火时基本一致;防护墙有效削弱了压力波及火焰向墙后方的传播,墙后方的超压及温度明显降低。因此,合理设置防护墙可以缩小危险范围,缩短安全距离。     

除尘器内着火位置对木粉尘爆炸泄放效果影响的模拟分析

基于工程实际问题,使用FLACS对木粉尘爆炸泄放效果影响进行模拟分析,模拟设置7组不同的初始条件,研究不同粉尘云大小及位置、点火位置对木粉尘爆炸泄放效果影响。模拟结果表明,着火源位置越靠近除尘器中心轴底部,火焰传播到管道的速度越快;粉尘云分布在除尘器下半部比分布在上半部的粉尘爆炸危险性更强。     

炸药近地爆炸的数值模拟及影响参数的分析

应用ANSYS/LS-DYNA有限元程序建模,在验证模型及参数选取正确可靠的基础上,研究了地面材料、炸药高度、空气域形状以及炸药当量等参数对马赫波超压的影响.结果表明:对于非近距离的爆炸,不同地面上的马赫波超压峰值相差不大,可简化为刚性地面;建模宜选择刚性壳体地面以及长方体空气域;与经验公式相比,数值模拟的马赫波超压峰值误差随着炸药当量的增大而减小,随着炸药高度的减小而增大.     

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。     

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。     

基于FLACS的化纤生产企业储罐区泄漏爆炸事故数值模拟分析

以计算流体力学软件FLACS为工具,研究了某大型化纤生产企业原料储罐区发生泄漏并引发蒸气云爆炸事故的后果影响,并对事故扩展过程中罐区内的多米诺效应风险进行预测.研究表明,FLACS可应用于复杂生产及存储区域内的气体扩散爆炸过程的模拟研究,并对其爆炸风险进行定量评估,对多米诺效应风险进行可靠预测;该模拟场景下,爆炸火焰高度约为40 m,火焰顶部呈蘑菇云状,火焰广度覆盖中间管廊和泄漏储罐,爆炸产生的火球直径约为20 m,靠近点火源一侧的管壁温度和泄漏储罐罐壁表面温度均超过2 000℃,爆炸产生的最大超压为2.9 kPa,不足以对邻近装置产生破坏,但爆炸产生的高温会引发泄漏、池火、流淌火和浓烟等多米诺事故,应在实际建设中加强针对性消防控制措施.     

FLNG工艺区爆燃冲击强度数值分析及后果评价

CFD数值方法是目前海上浮式设施爆燃冲击研究中得到广泛运用的方法.文中以某FLNG工艺区发生爆燃事件为研究背景,基于通用CFD软件CFX对蒸气云爆炸进行数值分析,提出了基于能量释放方程模拟分析的冲击波安全评价方法,并对能量和能量释放时间两个变量对爆燃冲击强度的敏感性进行研究.该冲击波后果评价方法通过在爆心位置设立以能量大小和能量释放时间为变量的step函数,选定k-ε模型,模拟爆炸冲击获得超压数据,并结合超压伤害准则和TNO爆炸源能量和气云体积的转换关系对冲击波伤害后果进行评价.研究表明:基于CFD的能量释放方程能够很好的模拟爆炸冲击波并获得表征冲击强度的超压数据.方程中变量因素对冲击强度影响显著,特别是爆炸近场区域.提出的安全分析方法可以有效地对爆炸冲击后果进行评价.     

反恐破门弹爆炸冲击波超压试验研究

为对非接触爆炸反恐破门弹冲击波伤害进行评估,完成了反恐破门弹爆炸冲击波在典型环境下的超压测试试验.模拟应用场景分别进行了3组测试,重点研究爆炸产生的空气冲击波对房间内外人员造成的影响及外部空间密闭性对冲击波超压的影响,并对超压分布和防盗门及外部空间环境等影响条件进行了分析.结果表明,空气冲击波传播受外部空间环境影响显著;冲击波能量大部分消耗于钢质门板变形,门后房间超压峰值降为门前的10%～20%.     

基于ALOHA的氯乙烯储罐泄漏事故模拟研究

为控制危险化学品泄漏引发的事故危害,提高化工生产本质化安全,以天津市滨海新区某化工厂氯乙烯储罐为例,在事件树方法预测其泄漏后果的基础上,分析各后果发生的可能性,利用ALOHA对其后果影响范围进行模拟,得到可能事故场景下的氯乙烯毒气扩散区域、闪火可燃区域和蒸汽云爆炸超压冲击波影响区域,结果表明:毒气扩散事故影响范围最广,蒸汽云爆炸事故冲击波影响后果最严重。根据卫星云图对影响范围进行实地拟合,按照事故后果严重程度划分不同级别的警戒区域,针对各级别提出切合实际的日常管控措施和应急救援对策。该研究为氯乙烯泄漏事故预防管理和救援处置提供有效信息,为危化品泄漏事故的预防管控提供新方法和新思路。