气云爆炸条件下消防炮的抗爆性能研究

以换流变压器站变压器燃爆防控及消防应用为背景,针对变压器在失控条件下可能发生的燃爆事故,通过设计模拟试验,完成变压器燃爆事故的模拟。进而对现有消防设备消防炮的功能可靠性和抗爆性能进行验证。结果发现,在高温、高压的气云爆炸火球范围内,消防炮的抗爆性能无法满足实际需要,在变压器爆炸后存在功能损失的情况。发现了消防炮自身的抗爆薄弱环节,提出了消防炮抗爆设计及安装改进建议。可为换流变压器站的抗爆型消防炮设计提供基础数据参考。

SAS湍流模型在瓦斯气云爆炸数值模拟问题上的应用可行性研究

SAS模型是一种新兴的CFD湍流模型。为了探究SAS模型在瓦斯气云爆炸问题上的可行性,对预混气云进行点火,与标准k-ε模型的模拟结果进行对比。结果发现SAS模型所得的模拟结果在气云爆炸发展过程、正负超压值和正负超压到达时间均与标准k-ε模型相近,验证了SAS模型的可靠性。本研究为SAS模型在工程上的应用提供一定的参考。

气云爆炸驱动下并行管道动力响应分析

为研究输气管道泄漏爆炸对并行管道动力响应的影响,基于气云爆炸过程,利用ANSYS软件建立了三硝基甲苯(trinitrotoluene,TNT)-空气-土体-管道有限元模型,分析了并行间距、壁厚、管径三个参数对并行管道动力响应的影响,并进行了敏感性分析。结果表明:目标管道的最大等效应力随管径增加而增加,随并行间距、壁厚的增加而减小;输气管道泄漏爆炸时,并行间距对管道动力响应的影响最大,其次是管径和壁厚;在相应模拟工况下,原油管道的安全并行间距为6.18 m,安全管径为742 mm,安全壁厚为26.4 mm。从安全生产的角度考虑,埋地管道并行敷设时,应首先考虑增大管道并行间距以保证管道安全运行,其次为减小管道管径、增大管道壁厚。研究结果可为并行长输管道的安全评估提供参考。

气云爆炸下波纹板结构特征对抗爆性能影响研究

为分析波纹板结构在气云爆炸荷载下抗爆性能,减少爆炸事故中人员伤亡及财产损失,建立了基于Johnson-Cook模型和CONWEP控制方程的波纹结构数值仿真模型,并通过气体爆炸试验验证了仿真模型的准确性。通过调整波纹板厚度、坡深、波宽等参数,分析波纹结构在气体爆炸下动态响应规律。结果表明,波纹板变形量与波纹板厚度t、坡深h呈负相关,与波宽L 1、坡宽L 2呈正相关,其中,受厚度t的影响最为显著,坡深h次之,波宽L 1、坡宽L 2较小。研究结果可为高性能波纹结构抗爆设计提供技术支撑。

半球形气云爆炸的数值模拟

可燃气体在运输、储存、加工和使用过程中 ,因可燃气体泄漏而形成的气云爆炸事故 ,常常会造成巨大的人员伤亡和财产损失。研究气云爆炸的特性和威力 ,可防范事故 ,减小损失。文中采用有限差分方法编制了求解可燃气云爆炸过程的定解方程的数值模拟程序。方程组中的源项由能量均匀加入法处理 ,爆炸场中的间断问题通过人工黏性模型处理。经开敞空间乙炔—空气气云爆炸实验结果检验 ,数值计算结果的偏差在 13%以内。计算结果表明 ,气云半径越大 ,爆炸最大压力和压力增加速率越大 ;气云爆热越大 ,爆炸最大压力和压力增加速率越大。

无约束气云爆炸热辐射伤害效应研究

为了准确预测无约束气云爆炸产生的热辐射伤害效应,利用计算流体力学技术对无约束空间内甲烷与空气预混气云爆炸的非稳态流场进行了数值计算,得到了气云爆炸热辐射伤害效应的分布规律及伤害半径确定方法.研究结果表明:热剂量峰值与气云的质量有关,随距离呈指数衰减规律.与同质量凝聚相炸药相比,气云爆炸的热伤害效应范围更大,热剂量随距离的衰减更缓慢.

可燃气云爆炸强度计算综述

综述了可燃气云爆炸强度的计算研究现状，对已提出的两种计算方法进行了讨论。

气云爆炸对厂区平面布局的影响分析

将气云爆炸对厂区平面布局的影响分析分为可燃气云范围确定、爆炸能量确定以及单元间距离确定33个研究步骤,综合考虑系统的易操作性和准确性,分别给出了各步骤恰当的操作方法,即以合适的扩散经验模型作为可燃气云范围确定的方法;以TNO多能法作为气云爆炸能量确定的方法;以冲击波对人员及设备的伤害等级为性能化目标作为单元间距离确定的依据。以南京某甲醇裂解制氢厂家为例,选择ALOHA作为扩散计算工具,按照流程对厂区的气云爆炸后果进行了分析,指出了现有平面布局的不足之处,并以之为依据给出了新的平面布局设计图,说明了系统的可行性。

多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟

[目的]为了研究多舱室空间内气云爆炸后爆轰产物的运动规律,[方法]采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,自主编写多舱室内气云爆炸过程二维数值计算程序。利用平面激波绕射矩形台阶试验验证本文数值程序的可靠性与正确性。采用验证的程序开展不同爆炸工况气云爆炸过程数值计算,探讨多舱室内爆炸过程中泄压、后燃烧能量加入对爆轰产物运动过程的影响规律。[结果]结果表明:增大泄压口尺寸,可加剧爆轰产物泄出过程;增大反应速率常数,可加速爆轰产物向相邻舱室的扩张过程。[结论]研究成果可为进一步考虑多组分复杂燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供一定的参考和指导。

平板布置对气云爆炸场影响

以乙炔 -空气气云为可燃介质 ,进行了半径为 5 0 cm半球形气云爆炸实验。气云外布置了平板形障碍物 ,平板距球心的距离分别为 5 7cm和 1 0 0 cm,平板的布置分为单板、双板垂直、双板平行、3板槽形和 4板口形放置 5种方式。结果表明 ,平板对气云爆炸威力有加强作用 ,对气云的约束越大 。

气云爆炸下钢筋混凝土板毁伤的数值分析

为了研究气云爆炸下钢筋混凝土板的毁伤评估,通过ANSYS有限元数值模拟方法,研究了钢筋混凝土板的在气云爆炸下的毁伤情况。采用超压-冲量毁伤准则,以剩余承载力为毁伤指标绘制了不同毁伤程度的P-I曲线,通过数学计算拟合了P'-I'-D毁伤曲面公式,并利用数值模拟验证该公式的正确性,将数值分析和公式计算得到的毁伤程度D的比较,在不同毁伤程度下D的误差最大为14.30%。因此,该公式可用于评定钢筋混凝土板在气云爆炸下的毁伤程度。

气云爆炸超压和温度作用下抗爆墙的响应研究

以某可燃气体仓库的抗爆隔墙为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件,研究抗爆墙在可燃气云爆炸产生的超压场和温度场作用下的响应规律。经与已有试验结果的对比,验证了抗爆墙模型的合理性。研究了抗爆墙在可燃气体爆炸产生的超压场和温度场单独作用下的动力响应,以及超压场和温度场共同作用下的动力响应。研究结果表明:温度场单独作用时抗爆墙的应力峰值远小于超压场单独作用时抗爆墙的应力峰值;相比超压场单独作用,超压场与温度场共同作用时,抗爆墙的应力峰值提升幅度超过6%,峰值数值远大于温度场单独作用时抗爆墙内产生的应力值。

基于FLACS的某城市燃气储配站气云爆炸安全评估

随着城市的发展,位于城市边缘的燃气储配站逐渐转移到了城市中心,而储配站存在燃气泄漏爆炸的可能,给城市公共安全带来潜在的风险。基于GIS技术建立了南京某燃气储配站所在区域的几何模型,导入FLACS软件进行甲烷气云爆炸数值模拟,研究了储配站气云爆炸发展过程与荷载分布规律,讨论了气云大小、点火位置以及气云位置对爆炸超压的影响,最后根据模拟结果划出爆炸损伤范围。结果表明:将GIS技术应用于FLACS模型建立可以大大缩短建模时间并提高模型精度;当气云尺寸不小于60 m且点火位置存在明显约束或障碍时,点火后可能产生爆燃;气云位于储罐西南侧时将造成大范围的人员轻伤和建筑物轻微损坏,并造成一定范围的人员重伤和建筑物的严重损坏;为避免气云爆炸产生严重后果,储配站附近应尽量减少高大密集的建筑群。

隧道并行管道蒸气云爆炸后果与措施分析

以隧道并行管道为研究对象,模拟研究了输气管道泄漏扩散、蒸气云爆炸后果以及爆炸缓解措施的有效性。研究发现:随着泄漏时间增加,小孔泄漏的可燃气体体积不断增加,且较大孔泄漏的可燃气体体积先达到峰值,随后降低;基于泄漏气云进行爆炸模拟,爆炸超压随着与爆源轴向距离的增加而增大,且可燃气体量多,爆炸后果更严重,超压最大达143.838 kPa;基于爆炸后果提出的缓解措施中,洞门替换对于缓解各场景的可燃气云爆炸均有效,超压可降低44.45%以上,管墩之间增加填充物更适用于缓解可燃气云较小的爆炸,超压可降低57.72%。

乙烯储罐气体泄漏诱发蒸气云爆炸的数值模拟

储罐会因腐蚀或人为误操作等原因引发泄漏,造成泄漏气体扩散或气云爆炸事故。为了揭示此种事故的发展过程及影响规律,应用计算流体力学软件FLACS,研究了泄漏和环境风两个主要影响因素对乙烯气体扩散及爆炸的影响。结果表明:气云扩散距离和体积随泄漏速率增加而增大;当泄漏速率低于6 kg/s时,不同泄漏方向上的气云扩散距离及体积相近;当泄漏速率高于6 kg/s时,气体泄漏扩散和气云形成过程因受到障碍物影响,随阻塞率增大,气云扩散距离减小,气云体积增加。当泄漏方向垂直于储罐组中轴线,泄漏速率为18 kg/s时,气云扩散距离最大为81.5 m;当泄漏方向平行于储罐组中轴线,泄漏速率为24 kg/s时,气云体积最大达到9 604 m^3。爆炸波的冲击压力随泄漏速率升高而升高;环境风会加快可燃气体稀释,有效降低气云爆炸发生的概率,降低爆炸强度,达到爆炸压力峰值的时间更早,可使高温在更短的时间内下降。泄漏速率为24 kg/s时,与泄漏储罐紧邻的储罐表面上被冲击到的爆炸超压仅为6.88 kPa,但温度高达2 384 K,因此,为避免事故发生时的二次灾害,救援中对储罐组的冷却降温尤为重要。

城镇地埋天然气管道泄漏诱发气云爆炸仿真

为探明地埋天然气管道泄漏后爆炸流场的超压和温度特征,利用FLACS软件模拟仿真天然气管道气体泄漏扩散与爆炸事故过程,通过改变环境风速、泄漏速率、泄漏孔径3个主要影响因素来研究天然气管道泄漏爆炸事故的发展特性。结果表明:在持续稳定的泄漏情况下,可燃气体覆盖区域会趋于稳定;环境风、泄漏孔径、泄漏速率分别影响浮力扩散阶段、射流核、初始动量,从而对气体整体扩散产生影响;天然气泄漏发生爆炸时,爆炸火焰主要垂直于地面向上方传播,爆炸对建筑物产生的超压较小,但是产生的温度较高,泄漏孔径0.3 m,泄漏速率4 kg/s,无风条件下,泄漏形成的气云发生爆炸造成的超压仅为0.46 kPa,但是爆炸产生的温度高达2 135 K。

开放空间大尺度可燃气云爆炸测试技术探讨

为研究开放空间大尺度可燃气云爆炸过程对周边环境的影响,在新疆哈密的管道断裂控制试验场开展天然气管道全尺寸爆破试验时,提出一种基于高空三维测点布置的多通道联动采集测试方法,基于该方法选择合适的测试仪器并在现场搭建测试系统,得到在试验条件下开放空间一定范围内的冲击波超压,数据获取率平均为84.8%。根据获得的试验数据绘制出天然气管道爆炸后冲击波超压峰值随距离的变化曲线,3次试验的曲线变化规律一致,证明该测试方法针对大尺度气云爆炸冲击波超压的高空、多测点、远距离测试是可行的。

气云爆炸效应研究方法分析

燃气管道泄露导致的气云爆炸一直是石油化工行业的重大灾害之一,本文介绍了在燃气爆炸研究中常用的几种评估气云爆炸效应的理论方法。比较了各种理论方法在使用时的优缺点,分析了几种计算方法的适用情况。给危险区域和危险等级的划分提供参考。

点火位置对储罐内预混气体爆炸超压的影响

为探究储罐内可燃油气爆炸事故风险,采用数值模拟方法研究了储罐内可燃气云不同点火位置(上部、中部、底部、壁面赤道)发生燃爆事故的规律。结果表明,点火起爆后,火焰锋面以点火源为起点,以较为规则的球状形态向四周快速扩张,持续发展至储罐壁面时,火焰锋面开始出现撕裂。不同点火位置储罐内爆炸冲击荷载的最大值均出现在顶盖中心区域,最大为储罐顶部点火达到2.927MPa,最小为壁面赤道处点火仅1.707MPa。且当点火位置位于储罐中心轴线时,拱顶中心区域所受爆炸荷载的冲击最大,即拱顶中心与壁面连接的各尖角处为储罐在内爆荷载作用下需要关注的薄弱位置。

厂区脱酸单元天然气泄漏爆炸危险区域分析

为评估某厂区脱酸单元天然气泄漏风险,建立单元模型及气体扩散模型,分析泄漏天然气扩散过程和爆炸气云分布。模拟风速5m/s时计算域稳定风场和设备表面静压力分布。设定泄漏孔径为40mm和100mm,模拟净化气体分离器和胺吸收塔发生泄漏时的蒸气云扩散,划分不同工况下的危险范围。由于冲击或腐蚀,净化气体分离器、胺吸收塔及相连的分流管线和阀门等附属部件是厂区脱酸单元易发生泄漏的部件;设备对风的阻挡作用使风场紊乱,对天然气扩散运动产生影响;胺再生塔、空气冷却器、胺冷却器、再生塔重沸器、胺吸收塔等设备处于爆炸气云覆盖范围内;泄漏孔径100 mm时,爆炸气云影响到脱酸单元二区的设备,覆盖面积440.28m^2。