开敞空间掺氢天然气爆燃特性影响因素研究

为加深对开放空间内低掺氢比天然气爆燃特性的了解,在当量比1.1条件下,对不同掺氢比下掺氢甲烷混合气进行试验研究,分析掺氢比例、湍流扰动对火焰形态、火焰传播速度和爆燃超压的影响。研究结果表明:掺氢比例对反应有单向促进作用,随着掺氢比例的提高,掺氢天然气的火焰形态变化明显,火焰传播速度增大,爆燃超压峰值加速上升,爆燃冲击波传播能力增强;初始湍流则对反应起到促进和抑制的双向作用;开放空间掺氢天然气爆燃超压峰值与最大火焰速度存在的正比例线型关系,可借助拟合公式通过最大火焰速度估算爆燃超压峰值。研究结果可为低掺氢比掺氢天然气管线落地应用提供理论支撑。

隧道内天然气埋地管道泄漏扩散特征数值模拟

天然气输送管道会经过山区,隧道穿越技术被广泛采用,而隧道内天然气埋地管道由于腐蚀等因素有泄漏的风险。运用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件FLUENT模拟研究隧道内天然气埋地管道泄漏后的时空演化规律及管道埋深对泄漏扩散的影响。结果表明:隧道中天然气泄漏后扩散形态由圆形变为放射状,向隧道两端均匀扩散,主要分布在隧道顶部;沿隧道轴向截面,危险范围随时间延长而增加,其增长速度随时间延长而减缓;沿隧道径向截面,天然气体积分数出现明显分层现象;随着管道埋深增加,隧道内的天然气扩散范围减小,且扩散范围减小幅度较大;隧道内不同等级的危险范围都减小,且减小幅度越来越大。研究结果对预防事故发生和应急救援有指导意义。

高温高压下N_(2)和CO_(2)对CH_(4)/C_(2)H_(6)/C_(3)H_(8)混合气抑爆效果研究

油田伴生气经常会发生燃爆事故,为提升采油过程的安全性,需研究N_(2)与CO_(2)在井筒高温高压条件下的抑爆效果.目前对于高温高压条件下固定可燃气体积分数,不同体积分数N_(2)和CO_(2)对爆炸特性影响的研究较少.对40℃,初始压力0.5、1.0、2.0 MPa,不同N_(2)和CO_(2)体积分数下CH_(4)/C_(2)H_(6)/C_(3)H_(8)混合气到达最大爆炸超压的时间、最大爆炸超压和爆燃指数KG进行了相关研究,分析了不同初始压力和2种惰性气体对爆炸特性参数的影响.试验结果表明:不同初始压力下N_(2)和CO_(2)各自的惰化机理相同;CO_(2)的惰化效果优于N_(2)且存在最优点,该点之前CO_(2)的惰化效果与N_(2)相比优势逐渐增强,由化学作用占主导地位,该点之后化学作用已达到最大效果,因此CO_(2)的惰化效果虽仍强于N_(2),优势却逐渐减小.

注氮气采油井筒内可燃气体爆炸数值模拟

注气驱油过程中井筒内存在可燃气体爆炸风险,为了明确热采注氮井筒内发生可燃气体爆炸事故后果及爆炸演化规律,开展了高温高压条件下油管大长径比空间内,轻烃组分爆炸的数值模拟研究工作。研究结果表明,管内爆炸超压峰值随初始温度的升高而降低,此现象是由于升温引起管内可燃气体总量降低,升温对燃爆反应速率的增强作用被抵消,但管内爆炸超压峰值随初始压力的升高而快速增大,同时在相同的初始压力和温度下,与中部和顶部点火相比,超压的最高值出现在管内底部点火时的井口位置,且在井筒两端由于爆炸冲击波反弹使得超压迅速上升,爆炸产生的超压最高可达300 MPa以上,足以对油管和井筒等设施造成严重破坏。研究成果为注气采油井筒爆炸安全防控提供参考依据。

室内掺氢天然气泄漏分层现象模拟研究

为探究掺氢天然气在民用住宅厨房内的泄漏扩散规律,利用数值模拟的方法对掺氢比分别为15%,20%,25%,30%的掺氢天然气泄漏扩散过程进行研究,分析厨房空间内水平和竖直方向上掺氢天然气泄漏后其浓度(本文所称浓度为体积分数)分布情况。研究结果表明:在竖直方向上,掺氢天然气浓度与高度呈现正比关系,且在掺氢天然气泄漏0~2700 s,高度为0.5~2.0 m的范围内,其浓度分布差异较大;在水平方向上,除泄漏点正上方临近位置以外,其他区域的浓度分布差异较小;掺氢天然气静置后厨房内出现甲烷和氢气分层现象,甲烷与氢气浓度比值与高度呈现反比关系。研究结果拟为相关实验提供一定的先验条件,同时可为掺氢天然气泄漏爆炸事故的预防及燃气报警器的安装提供一定参考。

基于Stackelberg博弈的应急物资政企协同储备决策模型

为了解决灾前应急物资协同储备量及储备方式的决策问题,构建基于Stackelberg博弈的应急物资政企协同储备决策模型,探究物资需求概率分布函数为均匀分布、广义帕累托分布的条件下,政府实物储备、企业实物储备、企业生产能力储备的最优储备量。以洪涝灾害物资的储备为背景设计案例情景,采用MATLAB软件对算例进行求解和敏感性分析。研究结果表明:对于政府的不同储备决策,均存在1个使利益最大化的最优储备量,政府的最优决策受到灾害发生概率、单位物资残值、企业单位物资使用补贴、企业单位物资代储收入、灾害前物资单价、政府单位物资储存成本、灾害后市场单价等关键参数的影响。研究结果可为政府决策应急物资储备数量、优化储备结构以及鼓励企业合作储备提供参考。

不同温度下原油蒸气的爆炸极限和临界氧含量

注空气采油因其过程中存在可燃性混合物,会有发生爆炸事故的可能。通过实验测定了15~150℃之间5个初始温度点原油蒸气的爆炸极限和临界氧含量,15℃时爆炸极限范围为4.62%~14.01%,150℃时爆炸极限范围变宽为4.24%~15.62%,安全氧含量15℃时为13.15%,150℃时降低到12.47%,得出了原油蒸气爆炸极限范围随温度升高而变宽,临界氧含量随温度升高而降低的结论,并运用数值分析原理拟合出原油蒸气爆炸极限和临界氧含量各自随温度变化的规律函数,对预测原油蒸气在其他温度下的爆炸极限和临界氧含量有一定意义。

安全投入与安全水平的关系

安全投入与主要安全指标之间存在一定的函数关系。在对某地区的安全数据进行分析的基础上,利用最小二乘法对人均安全投入、人均劳保投入与百万工时事故率和百万工时伤亡率的关系进行了回归分析并进行了显著性检验。结果表明,安全投入与主要安全指标之间存在确定的负指数关系。对安全投入的效应特性结合数据进行了分析,讨论了安全投入的滞后性阈值问题。

基于事故树-层次分析法的原油储罐泄漏风险识别

原油储罐泄漏会造成严重的后果,对原油储罐泄漏事故进行风险识别和分析是罐区安全管理的重要组成部分。基于事故树模型引进层次分析法,共识别和考虑了18个基本事件,通过最小割集求得各基本事件的结构重要度;通过结构重要度确定判断因子;然后构造出判断矩阵,对储罐泄漏风险进行了分析。分析结果显示,阀门失效、设计缺陷、充装过量、储罐缺陷和检修问题等是造成储罐泄漏风险的主要因素。研究工作对储罐泄漏风险的预防和控制提供了理论依据。事故树-层次分析法也被证明可以客观地分析储罐泄漏风险,为储罐的日常安全管理提供了理论支撑。

含CO_2天然气井井喷流场特征

为研究含CO2天然气井井喷后的流场特性进而为确定安全防护距离提供科学依据,采用流体力学理论与计算流体力学(CFD)技术相结合的方法分析了井喷的流场特征,阐述了井喷流场各个阶段的扩散机理、模拟所需的定解条件及数值计算方法。井喷整个过程可划分为临界流、等熵膨胀、可压缩射流、不可压缩射流、重气扩散和非重气扩散6个阶段。采用CFD模拟方法模拟得出含CO2天然气井井喷气体速度场,气体膨胀速度可达700 m/s以上;分析了CO2浓度分布规律,在等熵膨胀区的内层区域CO2气体质量浓度均匀分布,而在外层区域内,CO2的质量浓度急剧降低,CO2质量浓度随扩散距离的变化符合高斯分布。理论预测与模拟结果具有很好的一致性,表明提出的井喷流场理论分析与CFD模拟方法是切实可行的。

酸性气田井喷点火有效空间范围数字模拟

在井喷酸性天然气形成射流的可燃空间范围内进行主动点火是控制酸性气田井喷事故危害范围与危害程度的有效方法。对含CO2、H2S的天然气井喷情况进行了理论分析,建立了与实际情况接近的几何模型,采用CFD模拟的方法,对不同压力、不同风速、不同酸性气体含量的井喷情况进行了模拟研究,获得了射流速度场、浓度场,得到了不同情况下的有效点火空间范围。

CO_2管线泄漏扩散小尺度实验研究

CO2气体综合开发和利用过程中涉及很多安全问题,为了研究CO2作为典型重质气体从输送管线泄漏后的扩散规律,在综述重气扩散实验的基础上设计了CO2管线泄漏扩散缩比例实验;通过幂函数拟合得到监测点峰值浓度曲线,并据此确定了生产现场的安全距离;根据危险气体非正常排放模型对实验进行了理论预测,结果与实验值进行了对比。结果表明小风条件下,当以950m3.h-1初始流量释放20min左右的CO2时,现场安全距离可设为46m,而当初始流量为6300m3.h-1时,现场安全距离为160m;实验值和理论预测值的偏差最小为-3.0%,最大为28.1%。经分析可知CO2管线泄漏近源区一定距离内主要靠射流动能扩散,其后范围主要受浓度梯度的影响,危险气体非正常排放模型可较准确地预测近源区的扩散情况;安全距离与泄放流量基本呈指数关系。

碳捕集与贮存及提高油田采收率技术现状及风险分析

碳捕集与贮存及提高油田采收率(CCS-EOR)技术是节能减排的有效手段,尤其在石油行业,将CO2驱油与埋存相结合,可实现社会效益与经济效益的双赢。针对日益严重的温室效应与能源短缺问题,综述了CCS-EOR技术的发展背景与应用现状,并从CO2地下贮存、CO2提高油田成采收率、CO2沸腾液体膨胀蒸气爆炸(CO2-BLEVE)3个方面对其进行风险分析。基于地质贮存的风险来源,分析了CO2泄漏对人体、环境、生态等造成的危害。利用CO2提高油田采收率过程中,主要存在原油、液氨、液态或超临界CO2等危害物质,结合CO2-EOR的工程特殊性,对油气注入、集输、循环处理等生产工艺过程进行了风险分析。CCS-EOR技术处理的是高浓度和高压的液态超临界CO2,任何环节发生失误都可能导致BLEVE爆炸,重点探讨了CO2-BLEVE爆炸风险,分析了其可能产生的严重后果与危害。

柱形罐爆炸碎片抛射的Monte-Carlo分析

在动力学分析的基础上,将二维体系内的碎片轨迹方程扩展到三维体系内,将风这一影响因素考虑在内。以墨西哥事故中水平圆柱储罐发生沸腾液体扩展为蒸气云爆炸(BLEVE)为例,利用Monte-Carlo法模拟出碎片的轨迹曲线,计算得到有风和无风情况下碎片抛射距离的概率分布,得到一般情况下风对碎片危害的影响较小。计算了无风情况下碎片碰撞目标容器的概率,得到碰撞概率随罐间距的增大而呈现严格的指数衰减趋势,通过此关系式可以计算出符合安全要求的罐间距。研究结果对于提高储罐的安全性、缓解和控制碎片产生的风险具有一定的指导意义。

高低温冲击条件下CO_2驱注入管失效危险性试验研究

为预防CO_2驱油过程中CO_2注入管受高低温冲击而发生沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)事故,以某油田CO_2驱使用的P110钢注入管为研究对象,借助高低温冲击试验箱及自主设计的CO_2爆炸测试系统,研究在CO_2介质低温及地热反复作用下缺陷油管BLEVE失效的行为,并通过金相分析和力学测试,研究高低温冲击对CO_2驱注入管失效危险性的影响。结果表明,高低温反复冲击后缺陷油管爆炸破损程度加剧,且失效压力明显下降;力学性能和金相分析结果显示,高低温反复冲击使油管内马氏体转变为索氏体,油管屈服强度、抗拉强度和硬度普遍降低,在CO_2高压注入过程中油管BLEVE失效的危险性显著增大。

输油管道清管工艺中硫化氢气提及放散安全性研究

清管是原油输送过程中需要定期进行的重要作业,而工艺参数对其作业过程的安全性影响尚无系统研究。为深入探究当清管器发生意外卡堵时工艺参数对原油中硫化气提过程的影响,采用缩比试验的方法,搭建了一套与实际原油输送管道尺寸为1:6的试验系统,以某含硫原油作为试验油样,研究注气流量及压力对原油中硫化氢的气提效果,并利用ANSYS Fluent软件对回油完毕后的气体放散过程进行了数值模拟。结果表明:总体趋势上,在一定温度和操作压力下,注气流量越大,放散气中硫化氢气体浓度越低;温度和注气流量一定时,操作压力越大,放散气中硫化氢气体浓度越低;在环境风速一定的情况下,当放散作业临近结束、气体进入亚声速流动状态后,高浓度硫化氢的扩散范围较大。

建筑物内非均匀预混天然气泄漏爆炸过程数值模拟

为了应对建筑物内天然气泄漏爆炸给城市公共安全带来的严重威胁,以某天然气爆炸事故为例,借助Flacs软件,研究了天然气的泄漏规律和非均匀预混天然气的爆炸规律。结果表明,在天然气累计泄漏量相同的条件下,当泄漏速率由0.001 kg/s增长至0.09 kg/s时,厨房顶灯处的天然气体积分数由21%升高至39%,增加了18个百分点,而主卧、次卧顶灯处的天然气体积分数分别由18%、16%降至12%、7%,分别降低了6个百分点、9个百分点。在非均匀预混条件下,门窗泄爆压力从30 kPa降至0时,室内超压峰值下降了66%,而在均匀预混条件下,室内超压峰值的下降率为12%。研究结果对于预防类似事故发生和助力爆炸事故调查均具有指导意义。

2000年～2001年5月国内环境事件数据

简要介绍了 2 0 0 0年～ 2 0 0 1年 5月国内发生的各种环境事件 ,包括沙尘天气、赤潮、污染事件、山体滑坡、虫害、自然灾害等 。

含CO_2天然气的可燃极限与燃爆压力

采用改进的Hartmann管作为测试主体测试了室温常压下含CO2天然气的可燃极限和燃爆压力,得到了含CO2天然气在三角坐标系下的可燃性图表和燃爆压力的变化规律。研究表明:与纯天然气相比,含CO2天然气可燃范围缩小,燃爆威力降低;当泄漏天然气与air的混合物中CO2的体积分数超过13.86%时,混合气体将失去燃爆性;处于燃爆范围的CH4/air/CO23组分混合气体,燃爆压力随CO2与CH4体积分数比的增大而减小。

含CO_2天然气燃烧爆炸特性实验研究

我国已开始开发含CO2酸性天然气气田,此类气田的开发要求同时重视天然气的火灾爆炸特性和CO2的窒息危险性,如何确定CO2含量阈值浓度,从而制订相应的防护措施具有重要现实意义。为此,运用实验手段研究了含CO2天然气的爆炸极限,得到了CH4、空气及CO2三种组分气体爆炸范围图。研究表明:当泄漏天然气与空气的混合物中CO2体积分数达到13.86%,CH4体积分数为7.48%时,CH4在此混合气体中的爆炸下限与上限重合。当泄漏天然气与周围空气的混合物中CO2体积分数超过13.86%时,应重点考虑CO2的窒息危害,而在此浓度以下时,则应着重考虑天然气的火灾爆炸危险性。同时,还针对气田安全生产的实际情况提出了相应的对策措施。