生物质热转化过程中积灰沾污结渣特性及趋势预测研究进展

为阐明生物质灰的沾污结渣特性及其趋势预测研究现状,使生物质能热转化利用过程更加安全,在综合分析生物质灰沾污结渣的危害及机制的基础上,从沾污结渣特性与沾污结渣预测两方面归纳国内外研究进展,梳理出影响结渣的主要因素——灰分组成、反应温度、气氛和添加剂等;并对沾污结渣趋势的预测方法和研究趋势进行分析。针对实际工程中锅炉受热面结渣和腐蚀问题,可以采用混烧、混入添加剂、水洗、酸洗、改变受热面材料、优化锅炉和烟道结构设计、优化反应条件等措施解决。在生物质灰沾污结渣趋势预测方面,目前并没有完整的统一标准,简单沿用煤灰的结渣指标存在严重的不适应性,且现有的预测方法通常只考虑固态或熔融成分对结渣的影响,而忽略了碱金属、氯、硫等元素挥发与温度变化的关系。因此,以热转化过程中碱金属的气-固分配趋势为基础,结合不同温度下生物质灰的特点及成灰特性,建立适用于不同温度下生物质灰的沾污结渣预测模型,是下一步研究应重点关注的问题。

铁路隧道施工安全风险评估及趋势分析研究

为解决铁路隧道施工安全风险等级评定和趋势分析的问题,基于工程资料和相关文献,应用层次全息建模(Hierarchical Holographic Modeling,HHM)理论从自然环境、地质条件、施工技术、施工管理四个维度开展铁路隧道施工安全风险因素辨识工作。以相关技术规范为依据,结合专家经验构建铁路隧道安全风险评估指标体系。选用G1法、改进基于指标间相关性分析的权重确定法(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation,CRITIC)、最小二乘法测算评估指标权重,运用集对分析理论建立铁路隧道施工安全风险评估模型,遵循级别特征值判别规则评定安全风险等级,基于偏联系数理论分析安全风险发展趋势,并成功应用于D隧道的安全风险等级评定和趋势分析,验证了评估方法的可行性和科学性,为铁路隧道施工安全风险评估提供了一种新方法,为铁路隧道施工安全风险管控提供理论支撑。

机场能见度临近预测方法

能见度是保障机场航班安全、正常运行的重要标准之一。为精准预测能见度,使用2020年天津机场气象和常规空气质量监测数据,构建基于方差膨胀因子(Variance Inflation Factor,VIF)、主成分分析(Principal Components Analysis,PCA)和Informer的能见度预测模型,并将均方根误差、平均绝对误差、平均绝对百分比误差作为评价指标进行误差分析。结果显示,VIF PCA Informer模型比单一的Informer和简单组合模型效果更优,能更好地捕捉长时间序列特征的关系。相比于单一的Informer、长短期记忆神经网络和门控循环单元模型,VIF PCA Informer模型均方根误差下降了0.2141~0.3486,平均绝对误差下降了0.1842~0.2753,平均绝对百分比误差下降了0.3224~0.5270;VIF PCA Informer模型对能见度的临近预测(1 h)更为精准。使用高效的机场能见度预测模型可在保障航班安全高效运行方面发挥较大支撑作用。

矿井带式输送机火灾烟流特性及其预警防控综述

为有效防控煤矿井下带式输送机火灾事故,保障煤矿工作人员的生命财产安全,系统分析矿井带式输送机火灾的起火原因、燃烧特性、烟流特性、监测预警技术及防治措施,并基于当前研究现状提出展望。结果表明:引发带式输送机火灾的主要原因是摩擦温升、电气设备故障及明火;研究带式输送机火灾燃烧和烟流特性采用的巷道火灾模型及数值模拟相关参数具有一定局限性,需综合考虑运输巷道实际工况及环境等参数;国内虽有针对带式输送机火灾的监测预警系统,但其尚有不足,需引入5G、大数据及人工智能等新兴技术予以完善,并结合硬件探测及人员管理等方面,健全煤矿带式输送机火灾防治体系,进而全面推动煤矿安全智能化建设。

碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣的影响研究进展

生物质热化学转化利用过程会产生大量的生物质灰,其钾、钠等碱金属元素的含量高,导致其熔融温度低,在高温下极易熔融或挥发,进而对锅炉、管道或设备受热面造成沾污结渣、腐蚀等危害。为系统了解碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣影响的研究并预测其发展趋势,首先,归纳生物质热化学转化过程中由碱金属迁移转化引发的安全问题及危害;其次,回顾和总结近年来国内外生物质灰沾污结渣机理方面的研究进展,主要包括不同热化学转化来源生物质灰沾污结渣演变规律和碱金属迁移转化特性研究等;最后,预测生物质灰沾污结渣防治研究的发展趋势。研究结果显示:生物质热化学转化过程中碱金属的赋存形式和演化特征是影响灰熔融和沾污结渣特性的重要因素,不同热化学转化来源生物质灰的熔融和烧结规律是灰沾污结渣防治研究的关键。以往针对碱金属迁移转化特性的研究,大多只考虑生物质自身的燃料性质、矿物组成等,对不同热化学转化过程中碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣和熔融烧结的影响以及不同形式碱金属成分的影响研究仍不够深入和系统,尚未形成完善的理论体系,这将成为以后的重点研究方向。

基于网络开放数据的区域消防救援总体有效覆盖率评估

高效准确地掌握消防救援有效覆盖率是优化消防站点资源配置的前提。将判断是否有效覆盖的消防救援行程时间阈值定为240 s,建立了基于时间加权的区域消防救援总体有效覆盖率评估模型。基于网络开放数据收集了长沙的50座消防站作为消防救援供给点、5746家被抽查到的社会单位作为消防救援需求点,并调用网络地图应用程序编程接口基于实时路况来仿真消防救援行程时间。在连续7 d内设置197个评估场景,共获得了1131962个有效样本,进而得出:长沙消防救援总体有效覆盖率为21.22%,结果等级为“C”,消防救援水平一般,需加强消防站建设。这种基于网络开放数据的区域消防救援有效覆盖率评估,具备高效和准确的特点,可为优化消防站点资源配置、提升公共安全水平提供关键理论和方法支撑。

复杂作业场景下的反光衣和安全帽检测方法

针对现有算法在复杂的工地环境中进行反光衣和安全帽检测时存在的无法有效区分目标和背景的微小差异问题,提出了一种改进YOLOX的反光衣和安全帽检测算法。首先,将主干网络中空间金字塔池化中的最大池化替换为平均池化,减少特征图的信息损失和过拟合风险;其次,设计一种带权注意力模块(Weighted Convolutional Block Attention Module,W-CBAM)嵌入特征融合层,通过权重系数提升对特征图空间维度的关注,增强特征图的表达能力;最后,添加自适应特征融合(Adaptively Spatial Feature Fusion,ASFF)模块,解决多尺度特征融合时存在的不一致性问题。在扩充后的公开反光衣安全帽数据集的试验结果表明,所提算法精度高达98.79%,优于原始的YOLOX算法和其他先进算法,同时具有较快的检测速度,满足施工环境检测需求。

不同姿态人群的火场疏散模型研究

在火灾疏散中,火场高温烟气带来的物理威胁和心理压力会对人员疏散产生影响。为了量化火灾环境下人员可能采用的弯腰、爬行等疏散姿态及其与火源间的交互对疏散过程的影响,采用椭圆表征行人不同的运动姿态,考虑火源产生的物理和心理影响,基于社会力模型建立了一种混合姿态火场疏散模型。本模型能够再现试验中观测到的行人绕行及避让火源行为,可根据火源状态提前规划疏散路径避开高温区域。研究发现,当人员采用爬行、蹲行和弯腰行走三种姿态疏散时,人群的疏散时间随密度和火源温度升高而延长。随着路径风险差异增大和行人危险敏感度提高,选择安全路径的行人比例逐渐增大。研究可以为火灾环境下人员的安全应急疏散管理提供技术支持。

基于DNV SAFETI Route模型的危险货物道路运输风险模拟

DNV SAFETI Route运输路线模型是专业的运输活动风险评估模型,根据所有可能发生事故的地点分布潜在事故的总频率,计算出沿线的总体风险水平。选择事故场景为大孔泄漏,对发生泄漏情景引发的火灾、爆炸和毒性物质扩散事故后果进行预测。根据后果预测结果,进而可以得到周边防护目标所承受的个人风险和社会风险曲线。

城镇燃气管道小孔泄漏流量系数的定量研究

流量系数是影响泄漏速率计算准确程度的一个重要参数。针对目前小孔泄漏模型中流量系数经验性取值易导致泄漏速率计算结果与实际泄漏速率间存在偏差的问题,通过理论计算模型、气相小孔泄漏试验、计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模拟仿真相结合的方法寻求偏差产生的原因,并利用试验测试数据的拟合分析结果得到圆孔和矩形孔流量系数的定量计算模型。研究显示:在试验测试与模拟仿真中,小孔泄漏的流量系数主要受泄漏压力和几何形状的影响,在相同的泄漏压力和泄漏面积下,矩形孔的泄漏速率高于圆孔的泄漏速率。理论计算模型忽略了相关因素对流量系数的影响,将流量系数设为定值是导致泄漏速率计算结果出现偏差的主要原因。通过非线性曲线拟合得到的圆孔和矩形孔流量系数的计算方程,能有效修正气相小孔泄漏的理论计算模型,进而得到更加准确的泄漏速率,为气体泄漏后的扩散和风险评估提供理论依据。

海底泥浆举升钻井系统钻遇天然气水合物时的动态风险分析

海底泥浆举升钻井(Subsea Mud Lift Drilling,SMD)系统属于双梯度钻井系统。在钻井过程中遇到天然气水合物层(Natural Gas Hydrate,NGH)时,NGH的分解和二次生成造成了重大的风险。为了预测风险事故,对环境因素和设备因素进行了分析。首先,在建立蝴蝶结模型后,利用映射算法将其转化为贝叶斯网络(Bayesian Networks,BN);其次,考虑不确定性影响,在BN中进行不确定性建模;然后,考虑设备因素的动态不确定性,通过转移概率矩阵将建立的BN转化为不确定性动态贝叶斯网络(Uncertain Dynamic Bayesian Networks,UDBN)。此外,还利用模糊理论和专家判断来量化设备故障的先验概率。结果表明,钻遇NGH层时,钻井风险概率比正常工况下有所增加。由于有天然气水合物的影响,发生风险的概率也变得具有不确定性。

油气管道组合缺陷漏磁检测信号数值模拟研究

为解决管道组合缺陷之间漏磁检测信号互相干扰,难以识别的问题,采用有限元方法建立仿真模型,研究管道内外、不同形状缺陷以及内外组合缺陷邻近情况下的漏磁场检测信号规律。研究结果表明:管道缺陷的漏磁检测信号在其轴向和径向分量上均存在显著差异;组合缺陷的检测信号存在相互干扰且具有一定的叠加性;当缺陷深度约为管壁厚的10%、25%、40%时,轴向信号干扰距离分别约为缺陷长度的1倍、2倍、3倍,径向信号干扰距离均约为长度的4倍,组合缺陷径向信号的互相干扰程度大于轴向信号,缺陷深度对轴向信号的影响大于径向信号。研究结果可为油气管道组合缺陷的识别提供理论依据。

不同荷电状态磷酸铁锂电池热失控温度与产气特性分析

新能源产业的飞速发展使磷酸铁锂电池广泛应用于储能领域。磷酸铁锂电池电解液固有的可燃性使其热稳定性和安全性问题不容忽视。为了更好地防控储能电站的爆炸事故,有必要开展储能电池的热失控过程研究,并对产气过程和产气组分的危害性进行深入分析。开展了不同荷电状态(State of Charge, SOC)60 Ah磷酸铁锂电池热失控试验,根据电池温度演变曲线,将电池热失控过程分成三个阶段;依据电池产气曲线,将电池产气过程分为四个阶段;使用FLACS软件建模对预混气体进行了爆炸仿真,探索了SOC对可燃气体燃爆行为的影响规律,混合可燃气体的爆炸上下限和爆炸超压随着SOC的增大而增大。研究成果对储能电站的安全防护具有理论指导意义。

基于IAOA-KELM的储气库注采管柱内腐蚀速率预测

针对储气库注采管柱的内腐蚀速率预测问题,建立了基于阿基米德优化算法(Archimedes Optimization Algorithm,AOA)与核极限学习机(Kernel Extreme Learning Machine,KELM)相结合的模型提高腐蚀速率预测精度。通过引入佳点集、改进密度降低因子、采用黄金正弦算法缩小搜索空间,提高局部开发能力,利用改进阿基米德优化算法(Improved Archimedes Optimization Algorithm,IAOA)优化KELM正则化系数(C)和核函数参数(γ),进而建立IAOA-KELM储气库注采管柱内腐蚀速率预测模型;使用MATLAB软件运用该模型对某注采管柱内腐蚀数据集进行学习与预测,将IAOA-KELM模型与KELM、粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)-KELM、AOA-KELM结果进行预测误差对比。结果表明,IAOA-KELM模型的预测值与实际值较为拟合,其E RMSE为0.65%,E MAE为0.39%,R 2为99.83%,均优于其他模型。研究表明,IAOA-KELM模型能够更为准确地预测储气库注采管柱内腐蚀速率,为储气库注采管柱的运维及储气库的健康管理提供参考。

无烟煤分子模型构建及优化方法研究

为了认识煤的分子结构特征,采用元素分析、^(13)C-核磁共振、傅里叶变换红外光谱等测试方法构建无烟煤大分子模型。研究结果表明:大分子模型中芳香碳以C的2、3环结构为主,确定其模型分子式为C_(193)H_(138)N_(2)O_(7);结构和退火优化后,其分子模型越发紧凑,键角更加弯曲,添加周期边界条件后其体系能量迅速降低,这是由于价电子能中的键伸缩能和非成键能中的范德华能降低所导致的,通过密度模拟得到无烟煤大分子最优模型的密度为1.45 g/cm^(3)。研究结果可为构建煤大分子模型提供参考。

遗留煤柱边界下方撤面巷道合理位置确定研究

为了确定遗留煤柱边界下方撤面巷道合理布置位置,以内蒙古某矿为研究对象,基于遗留煤柱覆岩空间结构,探究应力在底板的传递规律,通过构建“上煤层遗留煤柱传递应力-下煤层巷道掘进应力”应力叠加计算模型,分析外错距离与撤面巷道围岩安全稳定之间的关系。研究结果表明:在遗留煤柱的“支撑”作用下,煤柱煤体及其上覆岩层近似成“T”型空间结构;10 m外错距离满足现场安全生产和巷道围岩控制的要求。研究结果可为相似开采条件下的巷道稳定评估和合理位置确定提供参考。

天然气管道可靠性增长预测方法研究

为减少天然气管道投产前的设计和制造缺陷,提高使用寿命、运行可靠性和安全性、减少后期维修费用,通过统计模型结合试验数据实现对天然气管道可靠性增长水平的预测,提出天然气管道可靠性增长预测方法;分析常用可靠性增长模型并结合天然气管道可维修、小子样的特点,将Duane模型与AMSAA模型应用于天然气管道,结合点估计、趋势检验、拟合优度检验、区间估计和标准差,得出天然气管道可靠性增长模型,预测可靠性增长并进行实例验证。研究结果表明:Duane模型与AMSAA模型作为天然气管道可靠性增长试验具有可行性;其中AMSAA模型更具优势,得出天然气管道的瞬时无故障工作时间(MTBF)估计值可达到试验目标值,并预测MTBF达到2000 h时所需要的试验时间为317954611.3 h,未来第51次故障预测区间为[848.4609,939.6226],误差为1.25%,方法具有良好的适用性,可有效预测天然气管道可靠性增长。研究结果可为天然气管道设计改进提供指导。

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。

近海复杂水体下海底输氢管道小孔泄漏扩散规律研究

为了研究海上风电氢一体化能源系统水下输氢管道小孔泄漏气体扩散问题,基于流体力学计算软件,建立近海水下输氢管道泄漏扩散模型,考虑复杂水体流动,对不同水深、流速条件下的泄漏气体扩散行为进行模拟与分析,研究水下气体泄漏扩散行为、上浮时间以及水面扩散影响范围等因素。研究结果表明:水下气体泄漏呈羽流状,随水流向下游方向偏移,在水面上浮形成一定范围的扩散沸腾区域;泄漏气体初始动能快速衰减,上浮时间主要受到水深的控制;水流对气体羽流存在明显的偏移现象,且与流速呈正相关关系,同时也会增加水面扩散影响范围;构建基于水流速度与泄漏源深度的水面扩散泄漏参数多元非线性预测方程,能够较好地预测泄漏发生后的水面关键参数。研究结果可为我国近海风电储氢一体化体系建立与事故应急处置提供理论支撑。

基于数值模拟和变形监测的副井稳定性评价

急倾斜矿体开采时一般将副井布置在矿体下盘不远处,以致副井附近矿体开采可能诱发副井井壁应力集中或损坏。为此,以湖北三鑫为例,利用FLAC3D仿真软件,探究沿走向或垂直走向布置采场引起的副井围岩应力、位移变化,并采用应变计、位移计监测井壁应力与位移变化,评价副井稳定性。结果表明:沿矿体走向布置采场对采场围岩、悬空底柱及开采段副井井壁的稳定都极为不利,沿走向或大宽度垂直走向布置采场都不会引起地表及开采标高段附近的副井发生明显位移,但都会引起井口以下约250 m内的井壁因变形而发生应力集中;必须垂直走向布置采场并缩小采场宽度;采取4 m×4 m进路上向胶结充填二步骤采矿后,除岩土分界面附近井壁偶尔因开快车而造成连续2次垂直位移、应力差分别超1.2 mm、1.4 MPa外,其他监测值变化基本可忽略;地表基岩沉降观测表明各点沉降值变化一般不超过3 mm。