燃气爆炸事故中软管物证案例分析及数据库建立

连接燃气源与灶具的软管是室内燃气爆炸事故现场中常见的一类物证,在事故调查中起到重要作用。该文以数起真实发生的室内燃气爆炸事故为案例,分析软管物证及痕证在事故调查及反演分析中的作用。结果表明,在某2起燃气爆炸事故案例中,通过分析软管形貌并测试软管特性参数,证实软管的玻璃化转变温度较高,现场温度远低于玻璃化转变温度导致的软管脆化开裂,是燃气泄漏的主要原因。在某起燃气爆炸火灾事故案例中,软管形貌完好无损,能够排除因软管连接的液化气罐泄漏导致的燃气爆炸事故。建立燃气爆炸事故中燃气软管痕证数据库,可向数据库内添加事故信息及软管图片信息,并检索数据库内已有信息。研究结果可为燃气爆炸事故调查及反演提供参考。

户内燃气爆炸事故技术调查内容探讨及案例

近年来户内燃气爆炸事故多发。迅速查明事故发生的技术原因是科学定责及事故防范的主要依据。基于户内燃气爆炸事故灾害演化过程及调查经验,总结提出如下6项技术调查内容:确定泄漏燃气类型、明确泄漏源位置、分析泄漏原因、计算泄漏至周围空间内的燃气浓度、判断点火源(爆源)、评估爆炸威力及灾害。该文分别叙述各技术内容的调查、分析、计算及评估方法,并基于真实事故案例,给出各技术内容的具体实施情况。研究结果可为户内燃气爆炸事故调查及防控提供参考。

高温工况燃气爆炸下限工程预测方法探讨

获得特定工况下燃气的爆炸下限,是开展爆炸风险评估及爆炸防治的基础。现有研究已经基本理解了温度对燃气爆炸下限的影响规律,但还缺少可便捷用于预测高温下不同类型燃气爆炸下限的工程方法。基于文献中给出的常压时不同类型燃气在不同温度时的爆炸下限测试数据,提出由参考温度T0时的爆炸下限LELT0预测高温T时爆炸下限LELT的关系式:(LEL_(T)/LEL_(T0))=1.3~0.3(T/T_(0)),适用范围为1≤T/T0≤2、T≤723 K。将预测结果与文献实验结果对比发现,预测结果均低于实验结果,在工程应用时偏于安全。当T/T0在1~1.5范围内时,预测结果相对误差均在-6%以内,具有较好精度。当T/T0在1.5~2范围内时,预测结果相对误差几乎均在-16%以内,仍具有较好可靠性。该公式可用于预测常压高温下NH_(3)、H_(2)、CO、CH_(4)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)气体在空气中的爆炸下限。

承压容器内甲烷爆炸及泄爆特性研究

开展了中低压和高压工况下甲烷空气爆炸及泄爆试验,分析了爆炸及泄爆过程压力、压升速率等参数变化规律。结果表明,在低压工况下,甲烷体积分数达到12%时,不同初压下升压速率均不超过10 MPa/s。体积分数小于11%时,最大爆炸压力与体积分数近似呈二次函数的关系,大于11%时最大爆炸压力明显下降。在高压工况下,低体积分数的甲烷对于升压速率的影响更为显著,各个初压下升压速率基本相同。当采用直径100 mm反拱开槽爆破片进行泄爆时,在低升压速率工况下,反拱带槽爆破片在各个工况下均有较好的动态响应能力,在高升压速率工况下,爆破片的动态响应能力降低。分析了不同应变率下爆破片断口形态的变化,低升压速率工况下断口为韧性断裂,在高升压速率下断口向脆性断裂转变。

气流输运工况玉米淀粉爆炸火焰传播与压力特性实验研究

利用自主搭建的2 m长气流输运管道实验装置开展了不同气流速度下玉米淀粉爆炸实验,通过高速摄影和压力传感器获得火焰信息和压力参数。基于实验结果分析了气流输运工况气流速度对玉米淀粉爆炸火焰传播行为和爆炸特性的影响规律。结果表明:随着气流速度的增加,粉尘爆炸火焰亮度、火焰传播速度及最大爆炸压力呈先增大后减小的趋势,存在火焰呈螺旋状向管道末端传播的现象。气流速度从5 m/s升至10 m/s,火焰最大传播速度从74.07 m/s增加到89.51 m/s,最大爆炸压力由17.08 kPa增至23.42 kPa。气流速度提高到15 m/s时,火焰最大传播速度和爆炸压力均有所下降,质量浓度为300 g/m3时受影响最大,爆炸压力降低41%,500 g/m3时受影响最小,爆炸压力下降7.4%。

超临界二氧化碳泄漏减压模型构建及泄漏量分析

为了解决超临界二氧化碳管道泄漏风险评估问题,基于工业规模超临界二氧化碳小孔泄漏试验结果,提出分别构建超临界泄漏阶段、气液两相泄漏阶段、气相泄漏阶段的理论模型,并通过确定各阶段的传递参数,实现二氧化碳减压过程的理论建模。采用MATLAB软件编制了模型求解程序。通过试验数据验证了理论模型的可靠性。基于理论模型计算结果定量探讨了初始压力、初始温度和泄漏口径对泄漏减压过程压力及质量流量的影响。结果表明:初始压力在8~9.5 MPa变化时,对减压过程压力及泄漏质量流量影响较小;初始温度在33~39℃变化时,压力降至临界值的时间逐渐增加;泄漏口径减小,压降时间显著变长;在泄漏减压初期,泄漏质量流量均出现波动,随后随压力降低而逐渐降低。构建的理论模型能够实现超临界二氧化碳泄漏质量流量预测。

高压氢气泄漏射流研究进展

叙述了高压氢气泄漏射流研究进展,重点对氢气状态方程、欠膨胀射流结构及模型、射流区域氢气浓度预测、基于计算流体动力学的泄漏射流模拟等方面进行了归纳、总结和评述,并对未来研究方向进行了展望。文中总结:现有研究表明已有多种适用于高压氢气的实际状态方程,Peng-Robinson、Abel-Noble等方程兼具便捷性及精度;高压氢气泄漏时在泄漏口呈现高度欠膨胀射流结构,Molkov模型可用于预测欠膨胀射流特性参数;高压氢气泄漏射流区为动量控制或动量与浮力联合控制,区域内氢气浓度与泄漏口径、泄漏口距离、介质密度组成的量纲为1参数有量化关系;主流计算流体动力学软件如ANSYS-Fluent、FLACS等在模拟高压氢气泄漏时均被证实具有较好精度。未来研究方向包括大尺度实验、不规则泄漏口、成果工程化应用以及高效数值模拟方法等。

能源介质储存容器内部爆炸场景下爆破片动态响应特性

天然气、氢气等储存容器在容器壁面上设置有爆破片安全装置,但国内外研究多关注爆破片静态超压爆破响应,而对储存容器内部爆炸风险场景下爆破片动态响应的关注较少。采用甲烷空气混合物爆炸实验方法,开展了爆破片在动态爆炸超压下的爆破实验,研究了升压速率对爆破片爆破压力的影响。结果表明:动态爆炸超压下爆破片爆破压力高于静态爆破压力。随升压速率的增加,爆破压力增加。定义超压倍数为动态爆破压力与静态爆破压力之比。对正拱开缝型爆破片,当升压速率由2.26 MPa/s增至65.64 MPa/s时,超压倍数由1.18增至2.21;对反拱带槽型爆破片,当升压速率由2.73 MPa/s增至62.05 MPa/s时,超压倍数由1.09增至1.45。反拱带槽爆破片抵抗动态超压的能力强于正拱开缝型爆破片。拟合得到了超压倍数与升压速率的关系式。分析认为,爆破片膜片在承载时的结构变形以及膜片材料的应力应变关系差异,是静态与动态超压下爆破片具有不同响应特性的原因。

最大试验安全间隙测量教学装置开发及实验实施

最大试验安全间隙(Maximum Experimental Safe Gap,MESG)是爆炸安全领域衡量可爆介质传爆能力的重要参数。研发了MESG测量装置,为大连理工大学安全工程专业本科生开设了MESG测量教学实验项目。介绍了装置的设计思路,详细叙述了教学实验的设置及实施过程,包括实验项目设置的必要性及定位、实验讲义及教学PPT制作、实验知识点分解、实验操作模式,最后探讨了针对学生的达成度评价方式与针对实验的教学效果评价。结果表明,本实验项目能够提高学生的动手能力和学习兴趣,促使学生深入理解MESG参数的定义及意义,增强学生对爆炸安全领域复杂工程问题的解决能力。

不同初始压力下可爆预混气体通过波纹板阻火器的淬熄特性研究

阻火器是一种应用广泛的爆炸阻隔装置。为了深入理解影响阻火器性能的因素,通过实验方法探究了不同初始压力下可爆预混气体通过波纹板阻火器的淬熄特性。结果表明,可燃气的活性、体积分数和初始压力均会影响火焰速度稳定性、传播模式以及淬熄难度。实验发现火焰传播具有3种模式:直接淬熄、穿过阻火单元后逐渐淬熄、淬熄失败。可淬熄的最大初始压力p_(lim)用以表征火焰淬熄难度,虽然其最小值位于化学计量比,但仍在一定体积分数范围内保持恒定。此外,基于传热作用得到密闭管道中丙烷-空气预混气爆燃阻火速度公式,并进行了实验验证。

三元可燃混合气体爆炸极限实验及预测方法

为了控制并预防原油的储存及输运过程中挥发气体造成的安全风险,在20 L球形爆炸容器内开展了由原油中挥发轻烃CH 4、C_(3)H_(8)和C_(2)H_(4)构成的三元可燃混合气体的爆炸极限实验,提出并验证了基于Le Chatelier定律及Chemkin模拟的一维层流预混火焰模型预测三元可燃混合气体爆炸极限的方法。结果表明,三元可燃混合气体爆炸极限始终位于3种纯组分的爆炸极限内,随着某一纯组分增加呈现出接近其爆炸极限的趋势。3种纯组分对爆炸上限的影响要强于对爆炸下限的影响,其中C 2H 4对三元可燃混合气体爆炸上限影响尤为显著。两种预测方法的预测结果均与实验规律性一致。Le Chatelier定律预测混合气体爆炸下限较准确,但对爆炸上限的预测随着C_(2)H_(4)的增加偏差增大,修正后偏差明显减小;Chemkin预测爆炸下限虽存在一定偏差,但在实验偏差的允许范围内,可作为一种预测三元可燃混合气体爆炸下限的新方法。

螺旋微通道对掺氢甲烷爆轰传播的影响

为探究复杂结构管路中CH4/H2二元燃料混合体系爆轰传播特性,研究了在连续弯管(螺旋结构)扰动作用下,CH4/H2-O_(2)混合物的爆轰失效与重新起爆特征行为,利用光电探测技术和烟迹技术获取了不同氢气比例与初始压力下的火焰传播速度与胞格结构变化规律。实验结果表明,螺旋结构对爆轰波的传播存在抑制作用,爆轰火焰通过螺旋管前后的传播过程可以分为加速、减速、重起爆三个阶段。H2的添加可以有效提高预混气的爆轰敏感性,降低火焰通过螺旋管的速度亏损,当掺氢比超过50%时,减速阶段的速度亏损大幅减小。初始压力的增大同样可以降低火焰的速度亏损,当初压从50 kPa增加到200 kPa,速度亏损减少了40.5%。螺旋管的存在使得重起爆的起爆能量减小,爆轰胞格尺寸增大。

基于特征线法的CO_(2)减压波传播模型构建及止裂壁厚研究

基于特征线法并结合描述CO_(2)状态的S-W方程,构建了减压波传播模型。将减压波波速模拟结果与工业规模实验结果对比,验证了模型的可靠性。采用构建的减压波模型与日本高强度管道研究委员会(HLP)提出的HLP模型,分别对不同初始压力或温度下一维超临界CO_(2)管道泄漏过程中减压波波速及X65和X70管钢裂纹扩展速度进行模拟计算与比较,以探究初始压力或温度变化对初期减压波速及管道止裂最小壁厚的影响。结果表明:减压波速近似等于初始条件下的声速,故初始压力升高和温度降低(声速上升)会提高减压波的传播速度;当初始压力由7.5 MPa升至9.5 MPa,初期减压波速(0.01 s)上升了53%,X65和X70管钢止裂最小壁厚分别减少了13%和14%;当初始温度由45℃降至35℃时减压波速上升了56%,X65和X70管钢止裂最小壁厚分别减少了20%和19%;当工作压力都低于8.0 MPa (工作温度为35℃)或工作温度分别高于41℃和39℃(工作压力为9.0MPa)时,由GB 150—2011所计算X65和X70管钢壁厚不具备止裂能力。

高温高压下C_(3)H_(8)/C_(2)H_(4)在空气中的爆炸上限

为了防控高温高压工艺流程中可燃混合气体潜在的爆炸风险,利用自行搭建的20 L球形爆炸特性实验装置,测试了初始温度20~200℃、初始压力0.1~1.5 MPa下C_(3)H_(8)/C_(2)H_(4)混合气体在空气中的爆炸上限,分析了温度、压力和C_(2)H_(4)体积分数对混合气体爆炸上限的影响。结果表明,随着温度和压力的升高,C_(3)H_(8)/C_(2)H_(4)混合气体爆炸上限升高。当初始压力高于0.3 MPa时,随着C_(2)H_(4)体积分数的增加,爆炸上限的上升速率明显降低。随着C_(2)H_(4)体积分数的增加,高温和高压下爆炸上限的提升幅度和速率比常温常压下更高。温度和压力的协同作用对爆炸上限的影响远大于二者单独作用的影响之和,即高温和高压协同作用下,C_(3)H_(8)/C_(2)H_(4)混合气体具有更高的爆炸风险,且随着C_(2)H_(4)体积分数的增加,爆炸风险会进一步提升。分别拟合得到了爆炸上限与温度参数、爆炸上限与压力参数以及爆炸上限与温度和压力双参数下的函数关系。

爆破片失效影响因素分析及失效案例

频繁发生的爆破片失效事故,为具有超压风险的容器及设备的安全运行带来了隐患。分析了可能引起爆破片失效的8个因素,分别为设计爆破压力或操作压力不当、设计爆破温度或操作温度不当、内部介质腐蚀、外部环境腐蚀、夹持力不足或不均匀、爆破片磕碰或损伤、爆破片进出口法兰配合不当、爆破片泄压侧防护不当等因素,详细探讨了各因素对爆破片爆破性能的影响规律,并给出了事故案例,可为防止爆破片发生类似失效事故提供参考。

爆破片失效模式及使用寿命探讨

科学、合理地确定爆破片更换周期是爆破片设计、制造及使用单位的迫切需求。归纳了爆破 片提前失效模式、延迟失效模式及开度失效模式这3种失效模式,定义了爆破片使用寿命,即从爆 破片安装后的初始承压开始至爆破片出现提前失效不能再使用为止的时间周期。探讨了影响爆破 片使用寿命的疲劳、高温蠕变、常温静载及腐蚀等因素。提出从各影响因素对不同类型爆破片使用 寿命影响规律的量化,以及基于使用寿命确定更换周期安全裕量的方法这2方面进行后续研究,以 期为爆破片设计、制造、使用、寿命预测以及更换周期确定提供参考。

球罐内甲烷气体泄漏形成的可燃气云规律研究

基于计算流动动力学(CFD)方法,以Fluent软件为平台,以大连新港某球罐区为研究对象,建立真实尺寸的球罐内可燃气体泄漏扩散数值模拟模型,分析甲烷扩散规律及可燃气云尺度。提出采用可燃气云稳定状态时的水平方向长度Lmax、竖直方向高度Dmax作为尺度的衡量参数,用以评估可燃气云区域的大小。探讨初始压力、泄漏孔径、正风向风速对尺度参数Lmax和Dmax的影响规律,并对比可燃气体种类对尺度参数的影响。结果表明:甲烷以临界状态通过泄漏孔时,初始压力对Lmax和Dmax的影响可以忽略;Lmax和Dmax随泄漏孔径增加而线性增大,但随正风向风速增加而线性减小;相同泄漏扩散条件下,氢气泄漏引起的可燃气云范围最大,甲烷次之,丙烷最小。

导管泄放粉尘爆炸过程中二次爆炸现象研究

以2μm铝粉为介质,通过在1.3 L柱形容器顶端连接泄放导管,研究了导管泄放粉尘爆炸过程中容器及导管内的压力特性,探讨了粉尘爆炸泄放过程中二次爆炸的发生条件及规律。结果表明,采用导管泄放粉尘爆炸时,由于火焰较压力波有滞后,火焰进入导管会点燃已经随压力波进入导管的未燃粉尘,产生二次爆炸现象。当容器内铝粉质量浓度超过500 g/m3,且导管长度超过1 500mm时,导管内会出现二次爆炸现象。当容器内粉尘质量浓度为500～1 000 g/m3时,二次爆炸引起的容器内二次压力峰值不超过一次压力峰值。通过开展泄爆膜上二次放粉试验时发现,若爆炸开始前导管内存在可燃粉尘,则二次爆炸强度显著增大,容器内二次压力峰值接近甚至超过一次压力峰值。泄放导管越长,粉尘质量浓度越大,二次爆炸强度越大。

CGAS-1.1中关于气瓶安全泄放量计算方法的再讨论

气瓶安全泄放量的准确计算是开展气瓶超压泄放设计的基础。比较权威的美国压缩气体协会标准CGAS-1.1对多种类型的气瓶安全泄放量计算作了规定。由于国内较多研究人员对CGAS-1.1标准计算方法不够理解,分析了CGAS-1.1标准中气瓶安全泄放量的计算方法。结果表明,CGAS-1.1标准虽然对采用压力泄放阀以及压力泄放阀以外的气瓶安全泄放量规定了不同的计算公式,但当换算为实际气体的安全泄放量时,其计算公式完全一致。安全泄放量与泄放结构类型无关。简化了气瓶泄放面积的计算方法,发现泄放面积仅与气瓶容积、泄放系数有关,与气瓶内介质种类、特性无关。

基于应用创新人才培养的设计综合型实验设置

工程教育专业认证对实验教学提出了新的要求。设置兼具设计型和综合型的实验项目,是培养符合专业认证标准的应用创新型人才的可行方法。以我校安全工程专业管道内气体爆炸实验为例,叙述了构建兼具设计型和综合型实验的方法,搭建了模块化的管道内气体爆炸实验装置,规划了此类设计综合型实验的教学环节和评分方式,探索出通过提高实验教学质量实现应用创新型人才培养的有效途径。