液氧煤油掺混及燃爆特性试验研究

为研究液氧煤油掺混及燃爆特性,建立部分受限空间试验系统以模拟发射场应用场景,开展液氧煤油掺混及燃爆特性试验。试验结果表明,液氧、煤油同时泄出并掺混时,煤油、氧气浓度均存在一个先上升后下降的过程;当煤油温度为65℃、点火激励为5.9J时,即使是发生液氧泄漏,液面上方布置的测点处仍未达到燃爆条件;煤油温度提升至80℃时,液氧持续泄出仅约20s时成功起爆,点火时刻煤油蒸气浓度1.31%,氧气浓度40.05%,氮气浓度58.64%,煤油/氧气浓度比值为0.033。

锂离子电池不同SOC下的热失控燃爆过程分析

为明晰锂离子电池不同荷电状态(SOC)的热失控燃爆过程及其危险性,以18650型锂离子电池为研究对象,在20 L标准容器中进行不同SOC电池的热失控实验,记录并分析燃爆过程的温度、压力和质量数据。结果表明,锂离子电池热失控燃爆过程存在喷射和燃爆两个阶段,且喷射持续时间随着SOC增加而缩短,SOC为25%时,喷射时间长达10.1 s,而SOC为100%时,喷射时间仅有0.03 s;SOC为25%时,燃爆质量损失为原电池质量的14%,而SOC为100%时,达到67.8%,随着SOC的增大,电池质量损失大幅增加;SOC为75%和100%时,电池燃爆的最大压力p_(max)与电池表面最高温度q_(max)变化负相关,而SOC为25%和50%时,p_(max)和q_(max)均较大。该研究结果有助于明晰锂离子电池热失控燃爆过程,对锂离子电池的结构设计、安全性评估具有指导意义。

有限空间内制冷剂掠遇障碍物的扩散分布特性和燃爆区域研究

制冷剂泄漏至有限空间内掠遇障碍物后会出现不同的扩散和分布特性,分析制冷剂物性对于制冷剂掠遇障碍物后扩散过程和分布的影响,对可燃制冷剂泄漏所形成燃爆区域的预测具有重大意义。选择R717、R290、R32和R1234yf为泄漏制冷剂,探究制冷剂泄漏至有限空间后掠遇较高和较低两种类型障碍物的扩散和分布特性,详细分析工质物性参数对制冷剂扩散过程及燃爆区域的影响。结果发现:制冷剂泄漏后掠遇较高的障碍物会产生不同程度的刚性膨胀,密度小的制冷剂迅速朝着与泄漏方向相反的方向运动,并在空间顶部聚集,密度大的制冷剂沿着障碍物表面向地面运动。随着测点高度降低,R717的质量分数从2.04%降至0.024%,R1234yf的质量分数从0.192%增至1.64%。泄漏孔下方R290和R744的质量分数分别为0.92%和1.27%,制冷剂密度接近时,黏度大的制冷剂质量分数更高。形成的可燃区域主要存在于较高障碍物的上方,随着泄漏量增大,燃爆区域在y-z截面上逐渐向地面延伸;制冷剂泄漏后掠遇较低障碍物主要在泄漏孔下方堆积,并沿着较低障碍物的表面逐渐向空间其他低质量分数区域扩散。密度较小的制冷剂分布较为均匀,随着制冷剂密度增大,制冷剂在泄漏孔下方堆积显著。竖直方向上,随着测点高度降低,R1234yf和R717的质量分数分别从0.066%和1%增至2.12%和1.14%。燃爆区域主要存在于泄漏孔下方障碍物与墙体围成的角落,随着制冷剂泄漏量增大,燃爆区域沿着较低障碍物的表面向地面延伸。

泄漏天然气燃爆对邻近管道的影响研究

并行敷设管道若出现泄漏燃爆会影响周围其他油气管道的安全运行。运用AUTODYN仿真软件研究泄漏天然气燃爆对管廊带内其他管道的影响,提出针对性的控制措施。结果表明,随着时间延长,不同爆心距条件下,管道受到的压力和振速均是先升高后降低,爆心距的大小与压力峰值、振速峰值等动力响应峰负相关。不同TNT当量条件下,随时间延长,管道受到的压力和振速均是先升高后波动减小,TNT当量大小与压力峰值、振速峰值正相关;并提出了增大并行间距、在并行管道间设置隔板等安全控制措施,通过定量计算事故发生的可能性以及后果可以合理准确地进行风险预测与安全评估。

弱约束条件下氢气含量对甲烷/空气燃爆特性的影响研究

该研究采用自制的可视化气体爆炸试验设备,以乳胶气球为反应容器模拟弱约束空间,研究不同氢气添加量对甲烷/空气预混气体的爆炸火焰温度场、爆炸压力以及火焰传播速度等特征参数的影响;结合试验测试和Chemkin软件模拟结果,详细分析了氢气浓度对甲烷/空气爆炸特性的影响规律。结果表明:随着氢气含量的增加,混合气体燃爆火焰温度场内部温度变低,火焰边缘温度升高;混合气体的峰值超压和最大压力上升速率均逐渐增大;由于H、O和OH自由基的摩尔分数随着氢气的添加而增加,加速了火焰传播速度。同时,通过对混合气体的敏感性分析发现,甲烷的存在在一定程度上抑制了氢气的燃烧。研究结果可为弱约束空间内氢气/甲烷/空气预混气体的意外爆炸防控提供基础数据,也可为其他可燃气体爆炸特性的研究提供试验方法。

隧道车用压缩天然气动态泄漏扩散与燃爆特性

为探索隧道中车用压缩天然气泄漏扩散过程中浓度场演化与燃爆后果特性,采用计算流体力学方法研究不同车辆CNG泄漏总量、障碍物条件以及典型泄漏口朝向对车用压缩天然气动态泄漏扩散浓度分布特性的影响.基于泄漏扩散形成的等效化学计量气云体积变化曲线,通过数值模拟计算隧道空间形成最大等效化学计量气云时刻的点火燃爆后果.结果表明:当泄漏口朝上时在泄漏初期形成体积最大等效化学计量气云,而泄漏口朝下时等效化学计量气云体积峰值的形成有延时;车辆障碍物的存在会延缓燃气爆炸超压力的泄放,但对超压力没有明显增强作用.

氢燃料电池汽车氢系统氢气泄漏的燃爆危险性研究

搭建了FCV(氢燃料电池汽车)氢系统氢气泄漏着火试验台架,开展了高压氢气泄漏着火试验与FCV乘员舱内氢气泄漏燃爆数值模拟研究,采集了氢气喷射火形态、火焰长度、典型位置温度及热辐射通量等参数。试验结果表明,0.4 L/0.84 MPa高压氢气经直径6 mm圆孔水平泄漏的时间仅为80ms,氢气着火后的火焰呈水平喷射状,火焰长度达1.4 m,燃烧时间为0.3 s,且距离泄漏口约1.0 m处的氢气燃烧强度最大,采集的最大热辐射通量为0.27 kW/m2;数值模拟结果显示,氢气在乘员舱内泄漏着火后,仅28 ms整个乘员舱就被引燃,乘员舱内的最高绝热温度达2 000℃,最大相对压力达0.5 MPa。车载氢系统氢气泄漏燃爆的危险性极大,严重威胁乘员生命安全,FCV应加强安全性能设计,避免此类事故发生。

大容量储能电池模组热失控传播行为与燃爆风险分析

锂离子电池热失控引发的储能系统火灾爆炸问题长期制约着产业发展。为了探究实际应用场景下大容量储能电池、电池模组的热失控及其传播行为与燃爆风险,本文以储能用280 Ah磷酸铁锂电池及其组成的1P48S电池模组为研究对象,对热滥用条件下电池单体产热、产气特征以及真实模组内热失控蔓延特征进行了实验研究,并基于试验产气结果,对2种典型储能应用场景下因模组热失控传播而导致的燃爆风险进行了分析,结果表明:电池单体热失控产生最高温度为380.1℃,热失控释放混合气体总量为156.8 L,混合气体爆炸极限为6.9%~35.5%;模组内设置的隔热板有效阻隔了热失控蔓延,其间未设隔热板的6块电池发生了热失控,热失控电池表面最高温度超1200℃,热失控传播速度为0.162~0.233 mm/s,同时在热失控高温影响下模组箱体外部上表面温度最高达281.3℃;模组内6块电池热失控会导致预制舱式储能系统较高燃爆风险,应将热失控传播控制在2块电池以内,但模组内1块电池从开阀产气至热失控的过程中便会导致工商业用储能柜较高的燃爆风险。该研究可为储能电池模组安全设计和储能系统防爆设计提供参考。

不同因素对煤粉云燃爆危险性参数的影响实验研究

为了研究煤粉云燃爆危险性参数的影响因素,采用Godbert-Greenwald恒温炉测试不同粒径、质量浓度和喷粉压力3种影响因素下煤粉云的最低着火温度。结果表明:最低着火温度随粒径增大而升高;最低着火温度在煤粉质量浓度为0.250~0.667 kg/m^(3)的范围内随质量分数的增加而降低,最小值为545℃;最低着火温度随喷粉压力的增大呈“V”字形变化;3种影响因素对最低着火温度的影响强弱程度为质量分数>喷粉压力>煤粉粒径。

加氢站泄漏燃爆事故的动态贝叶斯风险分析

针对加氢站氢泄漏燃爆事故风险分析中不确定性、复杂性和时间序列动态性的问题,提出了一种新的加氢站氢泄漏燃爆事故动态风险分析方法。该方法基于动态贝叶斯网络建立,利用GM(1,1)灰色预测和模糊集理论构建先验概率模型,能够在概率数据缺失的条件下,依据加氢站风险规避能力的时序变化规律,实现风险因素先验概率的预测。引入Leaky Noisy-or gate模型、Markov假设处理动态贝叶斯网络条件概率的不确定性,使模型更加客观。该方法适用于实际工况下事故后果概率的短期预测。以某加氢站为应用对象,验证了方法的合理性,通过定量分析、诊断分析、敏感性分析和影响强度分析分别得到了“喷射火”等事故后果概率及其时序变化曲线、“管线防腐失效”等关键风险因素、“高压氢气管路失效”等高敏感性风险因素、泄漏燃爆事故关键致因链,并依据风险因素影响模式提出了针对性管理对策。

金属粉尘的燃爆特性及防治措施研究

为了摸清金属粉尘的燃爆特性,有针对性的预防金属粉尘爆炸事故,以某企业车间的金属粉尘为分析对象,对金属粉尘的燃爆特性进行了研究。结果表明:金属粉尘的最低点燃能量随粉尘直径的增加而增加,随粉尘浓度的增加先降低后升高;金属粉尘的爆炸压力随粉尘直径的增加而降低,随粉尘浓度的增加则先升高后降低。因此工业生产过程中需要采取措施,一方面增加金属粉尘颗粒直径,另一方面则需要对浓度进行监测,避免粉尘浓度接近爆炸临界点,提高工业生产的安全性。

基于PHAST的航油站场泄漏燃爆后果分析

本文以某航油分输站为研究对象,利用PHAST软件模拟航油泄漏,对泄漏后可能发生的危害事故影响范围进行预测以减小事故后果。文章讨论了闪火灾、喷射火、池火灾和火灾爆炸4种事故的后果影响范围,发现4种泄漏事故后果的灾害影响范围随泄漏孔径的增大而增大,当泄漏孔径达到20 mm时,4种事故的影响范围会覆盖整个站场;此外,文章针对闪火灾事故,讨论了环境风速对闪火范围的影响,发现环境风速越大,可能发生闪火的区域越小。最后,本文根据事故影响范围的预测结果,给出了相应的预防管理措施。

3D打印过程中的粉尘燃爆风险探析

随着3D打印技术应用越来越广泛,3D打印企业的生产安全问题已经显现。在3D打印过程中发生的一系列粉尘燃爆事故给人们敲响了警钟。微米级3D打印使用的铝合金、钛合金等活性强的金属粉末属于可燃性粉尘,操作不当易导致粉尘燃爆,引发生产安全事故,甚至会造成严重事故后果。因此,研究3D打印工艺流程中引起粉尘燃爆的原因以及如何预防控制具有重要意义。文章通过对3D打印使用材料的危险特性以及工艺流程的危险性分析,总结出可能发生燃爆事故的工艺环节,提出相应的预防控制措施,以期为防范类似事故提供参考。

木材加工企业木粉尘燃爆成因剖析及其防控

介绍了木质粉尘燃爆的必要条件和充分条件,讨论了木质粉尘燃爆的浓度下限、点火温度和主要诱发源相应所需的有效点火能量。以木材加工企业实际发生的粉尘燃爆典型事故为案例,剖析了其产生的原因,系统地分析了木粉尘燃爆的防控部位,介绍了粉尘燃爆的防控技术与措施、燃爆危害的控制。

水泥企业煤粉制备系统燃爆预防浅析

从理论上分析了煤粉燃爆的原因,水泥企业煤磨系统防爆重点应当放在控制点燃源和氧气浓度上。结合国内外的标准和要求,对煤粉制备系统防爆电机选择、煤磨入口温度、煤磨出口温度以及煤磨氧气浓度的具体控制预防进行了进一步梳理,并对实际操作提出了具体的建议。

燃爆冲击载荷对页岩储层孔裂隙系统的改造作用特征

燃爆压裂是近年提出的一项针对页岩气储层压裂的变革性技术,研究燃爆冲击载荷的改造作用可为燃爆压裂法的应用提供基础依据。选取川南泸州区块龙马溪组一段页岩样品,采用自制的燃爆冲击载荷试验系统开展燃爆冲击实验,用计算机断层扫描仪(μ-CT)扫描燃爆前后样品,通过数字图像处理技术提取孔隙并重构,统计孔隙数据获取孔径分布,研究燃爆冲击载荷作用前后孔裂隙系统的变化特征。结果表明:(1)瞬时升温产生的热应力破坏页岩中层理弱介质,使其内部微裂缝失稳、扩展乃至贯通;受燃爆冲击载荷作用影响,页岩中心位置应力集中,应力波冲击使页岩形成多条裂缝,产生大量孔隙;(2)燃爆冲击载荷作用对页岩储层孔裂隙系统的改造显著受层理和微裂缝的影响;层理和微裂缝越发育,改造后形成的裂缝网络越复杂;受黏土矿物等塑性矿物的约束性降低,储层应用范围更广;(3)瞬时升温和燃爆冲击载荷作用对页岩复杂缝网的形成和扩展均有显著促进作用;燃爆冲击载荷作用更加有效地改造页岩储层孔裂隙系统并产生大量连通性孔裂隙,连通性孔隙增加约67%。这一研究从微观层面证实燃爆冲击载荷作用能有效改造页岩储层。

SLM金属3D打印机滤芯燃爆分析及防爆设计

随着金属3D打印机的装机规模扩大及其应用的普遍,金属打印生产安全较为重要。为保证成型室的环境,常常配置烟尘过滤器,而滤芯作为过滤器的核心部件,达到使用寿命时需要进行更换。打印不锈钢、模具钢等材料时,更换滤芯前一般采用“湿法”处理避免自燃。但是在打印铝合金材质时,滤芯表面附着含铝的微米级复合物,“湿法”处理容易导致燃爆的发生。为增加金属打印设备的可靠性,提出并设计了安全可靠的钝化防爆装置应用于金属3D打印设备行业,大大增加了设备的安全性。

气体钻井井下燃爆界限快速测量装置的研制与试验

为解决气体钻井中井下燃爆的问题,研制了一种现场快速直接测定地层烃类气体燃爆界限的装置,并给出了该装置的测试方法。快速测量试验结果发现,该测试装置可在不同压力、温度和混合气体体积分数条件下准确测量地层烃类气体的燃爆界限,得出当前地层烃类气体的燃爆范围,预防井下燃爆的发生。同时,在以甲烷气体为对象的试验中,用0.1MPa压力下的测量结果验证了该装置的有效性,并揭示了温度和压力对井下燃爆的影响规律。研究认为,气体钻井井下燃爆界限测量装置为气体钻井中的井下燃爆问题提供了一种有效的预防手段,可有效保证井下安全,应用前景广阔。

基于CFD的加氢装置氢气燃爆危险性分析

加氢装置是炼化企业典型的高危装置,涉及氢气等易燃易爆介质,安全风险较高。为研究加氢装置在开敞空间条件下氢气泄漏爆炸事故火焰及冲击波时空演化过程,基于FLACS三维模拟软件对某企业加氢装置建立了等比例模型,并对其进行氢气爆炸模拟研究,探究了不同当量比(ER)对氢气云燃爆超压值及温度的影响。研究结果表明,当量比(ER)在0.8~1.4范围内时,氢气爆炸的温度、超压峰值P max均随ER的增大呈先增大后减小的趋势,ER为1.05时,爆炸温度峰值及超压峰值最大,高温火焰传播范围半径约35 m,影响面积达到3800 m 2。此外,模拟结果为类似场景建筑物抗爆工程改造提供了理论指导。

空气钻井燃爆灭火阀的研制及其在普光气田的应用

空气钻井有效地提高了机械钻速、缩短了钻井周期,但其最大的问题之一就是井下燃爆问题。为了解决空气钻井在钻遇油气层时,发生井下燃爆,造成埋钻具、井眼报废等复杂情况,基于阻断氧气使火熄灭的思路研制出了一种低熔点合金制造的井下工具——空气钻井燃爆灭火阀。该灭火阀连接在钻头上方,一旦环空着火爆炸,温度升高,低熔点合金就会熔化,关闭阀门,切断气源使火熄灭,制止事态的进一步扩大;还开发了空气钻井防燃爆监测系统,可实时监测返出气体组分的变化和井下燃爆隐患,以确保空气钻井安全、实现快速钻进。