API 521—2020火灾环境下气体压力容器安全泄放量计算讨论

为深入理解压力容器超压泄放设计,针对火灾环境下无隔热气体压力容器的安全泄放量计算问题,推导了气体压力容器泄放过程的质量及能量平衡方程,分析了方程求解过程的简化及假设条件,明确了API 520—2020标准内火灾环境无隔热气体压力容器安全泄放量公式的来源,研究了各简化假设条件对安全泄放量计算结果的影响。结果表明,API 521—2020安全泄放量公式是在质量平衡及能量平衡方程基础上,对一些参数进行工程简化得到的。其假设简化条件包括:泄放过程定压、火焰热量经壁面完全传递至气体、大空间竖直平板自然对流、采用常温常压空气物性简化实际气体的h'/(c_(p)M^(1/2))、理想气体假设、容器壁面不发生破坏及壁面温度推荐取固定值。上述简化及假设条件均使安全泄放量计算结果偏于保守,在应用时偏安全。研究可为科学开展火灾环境下气体压力容器超压泄放设计提供一定的指导。

负压条件下球形爆炸容器内乳化炸药冲击波参数研究

为了探究负压条件下乳化炸药冲击波参数,在4m直径可调真空度球形爆炸容器内,开展不同负压和不同药量条件下的乳化炸药内爆实验,获得冲击波的超压时程曲线,重新拟合了乳化炸药在不同负压环境下的峰值超压公式和正压冲量公式。结果表明,乳化炸药质量每减少50g,峰值超压平均下降27%;环境压力每降低20kPa,峰值超压平均下降8.66%;乳化炸药在不同负压环境下的正压冲量约为单质炸药的81.3%;负压条件下的乳化炸药峰值超压和正压冲量实验值与传统经验公式相比误差均大于10%,而基于常压实验值拟合的公式与不同工况下的实验值误差均小于4%,能够精确预测不同负压环境下乳化炸药的冲击波参数。

空中气压环境对爆炸冲击波的影响研究

为获取不同气压环境下的爆炸冲击波传播规律,实现对不同气压环境下的爆炸冲击波性能快速预估,采用非线性动力学软件AUTODYN进行数值模拟,对数据进行分析与拟合,并通过低气压环境冲击波传播试验对拟合公式进行精度验证。结果表明:在同一对比距离下,冲击波超压峰值随着大气压力降低显著下降,低气压环境不利于冲击波的正常传播;基于数值模拟结果拟合考虑大气压力和温度效应的计算模型,对比试验结果,拟合公式计算误差小于15.0%,平均误差小于±7.8%。

超压环境有机质热演化和生烃作用机理

通过对多个盆地大量样品的多参数对比分析,建立了超压抑制有机质热演化的多参数识别标志,揭示了不同成熟度指标对超压的差异响应。识别出超压抑制有机质热演化和生烃作用的4个层次:①超压抑制了有机质热演化的各个方面,包括不同干酪根组分的热降解(生烃作用)和烃类的热演化;②超压仅抑制了烃类的热演化和富氢干酪根组分的热降解,而对贫氢干酪根组分的热演化不产生重要影响,因此镜质体反射率未受到抑制;③超压抑制了烃类的热裂解,而对干酪根的热降解未产生明显影响;④超压对有机质热演化的各个方面均未产生可识别的影响。超压对有机质热演化的抑制作用层次取决于超压发育后有机质热演化反应的体积膨胀效应、产物浓度变化速率及超压的发育特征。早期强超压和长期保持封闭流体系统是产生第一层次超压抑制作用的必要条件。超压发育过晚、超压强度低、超压流体频繁释放等都可能导致超压对有机质热演化的各个方面均不产生可识别的影响。

低压环境下膛口冲击波实验研究

为了解低压环境下膛口冲击波的传播特性,进行了低压环境下膛口冲击波的压力测试实验。通过低压舱配合抽真空装置实现低压环境,设计膛口冲击波压力测试系统,测得海拔12 km内7个高度对应压力下膛外多点处的压力曲线。实验结果表明:低压环境下冲击波场在膛口的分布规律与常压环境下一致;膛口冲击波强度随环境压力的降低近似呈线性减小,10 km高空的膛口冲击波强度仅为地面膛口冲击波强度的一半。研究结果对高空环境下膛口流场控制具有参考意义。

爆炸空气冲击波超压影响因素分析及控制

爆炸能量利用率和空气冲击波在传播过程中的外界环境是影响空气冲击波超压的重要因素 ,在因素分析的基础上 ,介绍从“减源”和“削波”两方面控制空气冲击波超压的措施。

珠江口盆地与莺琼盆地油气运聚特征的差异性

已有的油气勘探成果表明,南海北部陆缘东部与西部的油气运聚特征具有很大的差异。通过总结前人对东、西部油气运聚规律的成果和认识,以东部的珠江口盆地与西部的莺—琼盆地为例,分析对比了东、西部油气运聚模式的差异性。东部表现为:油气垂向运移与侧向运移相互配合,动力为水动力及浮力,后期断层的活动性对油气运聚成藏起关键作用;西部表现为:底辟带作为油气垂向运移的主要通道,不整合面以及砂岩疏导层作为油气侧向运移通道,主要驱动力为高压活动流体;流体底辟和后期断层的活动性分别对天然气的聚集和保存起关键作用。通过油气运聚差异性的对比分析,结合南海北部陆缘的沉积特征以及构造运动背景分析,结论认为:这种差异性实质就是运聚过程中环境的差异,即东部为常压环境,西部为超压环境,形成原因是北部陆缘东部珠江口盆地受东沙运动影响,发育的一系列张扭性NW向断裂对超压层系起卸压作用,西部受东沙运动影响弱而容易形成超压环境。

机动卫生装备舱室温度环境与超压集体防护研究

运用计算流体动力学理论和有限元方法,对机动卫生装备的舱室温度环境进行了仿真研究,形成了合理的气流组织形态,温度分布满足(25±3)℃、气流速度小于0．5m/s;按照监测预警、报警控制、滤毒净化、建立超压、超压监测5个控制环节建立了不小于300Pa的超压集体防护技术体系,能有效防止大气环境中的有毒有害生物气溶胶、化学毒气和放射性物质进入舱室,保证了舱室环境的安全性;对建立超压之前进入舱室的污染物,模拟了其在滤毒通风装置作用下的运动扩散规律,结果表明:在130s时间内污染物浓度能从5 000ppmv迅速衰减至10ppmv。

考虑微孔超压环境的煤储层含气量计算方法

目前在煤储层含气量的计算过程中,普遍采用测井、试井等得到的储层压力代替气相压力进行反演计算,但由于超压环境下二者不能等同,故导致这一计算结果并不准确。为此,采集山西、河南不同煤级的煤样进行了煤孔隙毛细管压力测试,结合煤层气成藏过程和煤层生排烃史分析了煤储层微孔超压环境的形成机制,据此建立了考虑微孔超压环境的煤储层含气量计算方法,并对河南焦作中马村矿下二叠统山西组二段1号煤层的含气量进行了计算及分析。结果表明:1煤形成演化过程中不断有部分固体有机质转化为气体和水,在其孔隙内必然会出现气水两相界面,由此产生毛细管压力,致使其微孔内气相压力远高于静水柱压力,形成微孔超压赋存环境;2由于微孔超压环境的存在,致使气相压力高于储层压力,基于常规储层压力评价煤储层含气量的计算方法将导致煤储层含气量被低估;3微孔超压环境主要影响3~100 nm孔隙内煤层气含气量的计算,尤其是3~10 nm孔隙,而对于超过100 nm的孔隙则影响不大。结论认为:所建立的煤储层含气量计算方法厘清了煤层气赋存的压力环境,保证了煤储层含气量计算结果的准确性。

东濮凹陷次生孔隙成因探讨

东濮凹陷深层勘探预示着在深层发育异常高孔隙储层。利用实际资料,发现异常高压纵、横向分布特点,从宏观和微观2个方面对其成因和对储层的作用进行分析。结果显示:超压异常的形成与不均衡压实、孔隙流体增加、孔隙体积减小有关。超压异常控制成岩作用环境及孔隙的纵向演化,主要表现在高次生孔隙的发育和孔隙的分带性。次生孔隙的发育主要受微裂缝形成、生烃酸性环境溶蚀作用、原生孔隙的保存作用、热液循环溶蚀作用和热液交代作用的影响。在异常超压控制下,东濮凹陷深层形成了以次生孔隙发育带为主、次生孔隙递减带和致密带为辅的次生孔隙分布格局。次生孔隙带的广泛发育,对于扩大东濮凹陷深层勘探领域有重要意义。

基于能量密度因子法的复杂环境下爆炸冲击波超压峰值解析计算

为了快速计算复杂环境条件下的爆炸冲击波超压峰值,利用量纲分析(dimensional analysis,DA)方法推导得到了空中爆炸自由场冲击波超压峰值定性关系式,借助Taylor展开得到了多项式形式的函数表达式。对上述函数关系式的物理意义进行分析,通过能量密度因子(energy concentration factor,ECF)的概念,将空中爆炸自由场冲击波超压峰值计算公式推广到工程上常见的复杂几何环境。利用函数关系式证明了工程中广泛使用的多种估算自由场冲击波超压峰值的经验公式在物理和数学上的合理性,由能量密度因子法得到了包括地面爆炸、两端无限长坑道内爆炸、一端封闭一端开放长坑道内爆炸、十字坑道内爆炸、四周开放的双层建筑间爆炸和长直街道中爆炸等的超压计算解析公式。最后,将解析公式计算结果与实验和数值模拟结果进行了比较分析。结果表明:解析公式与实验和数值结果符合得非常好。

东营凹陷沙四下亚段超压环境与油气成藏

断陷盆地盐湖相地层发育超压系统,在东营凹陷超压对沙四下亚段盐湖相烃源岩生烃的抑制作用和延缓现象不明显,但对于沙四上亚段和沙三段湖相烃源岩有机质生烃具有明显的抑制作用;超压环境有利于烃类转化,使得凝析气成藏所需要的储层物性下限值降低;超压环境有利于砂岩储层保留原生孔隙,超压流体溶蚀作用产生溶蚀孔隙,富含硅质或钙质的砂泥岩和碳酸盐岩在超压环境形成裂缝,大大改善储层储集性;超压还控制了油气运移和聚集作用;东营凹陷北部陡坡带是沙四下亚段盐湖相地层油气成藏和分布的主要区带。

大口径真空插板阀优化设计

伴随我国航天及国防事业的巨大进步,更多关键和特殊的装备需要在真空环境下生产或试验,大型和特大型地面模拟设备开始研制和投入使用,对关键部件真空插板阀的要求也越来越高。由于真空插板阀的口径不断增大,传统结构的真空插板阀无法满足要求,为此针对大口径真空插板阀在使用过程中发现的问题,对大口径真空插板阀采取了阀体分体结构设计、独立运行轨道设计、自动超压保护装置设置、传动系统增设离合器、密封结构形式改进等优化设计,有效地解决了传统真空插板阀结构、控制等方面存在的弊端。通过优化设计制造的大口径真空插板阀已投入运行,阀门运行稳定可靠。该设计方法可以有效解决未来更大口径真空插板阀的设计难题。

高原环境下爆炸冲击波参数的有效预测方法

针对高原环境下爆炸冲击波超压和正相比冲量具体数值的确定问题,一直以来缺少完整的预测和评估方法。为此,在前人研究成果的基础上提出了一种能够有效预测高原冲击波参数的方法,并通过平原和海拔4 500 m高原的试验数据对该方法进行了对比验证。结果表明:该方法可以有效预测高原环境下冲击波超压和正相比冲量。当模拟弹由平原升高至海拔4 500 m的高原时,超压衰减程度会随着爆炸比例距离的增加而不断加剧,其中,超压衰减程度可达20%以上,正相比冲量衰减程度在17%左右。

城市中爆炸波的传播

本文利用LS-DYNA软件,采用ALE(Arbi-trary Lagrange-Euler)方法,对城市复杂环境中爆炸波的传播规律与超压荷载进行了数值计算和分析。通过对两建筑物模型的数值模拟,以及其与单建筑物模型的对比分析,论证了在计算爆炸波超压荷载时考虑相邻建筑物的重要性;通过对一个典型的T型街道的数值模拟,以及其与简单环境的对比分析,揭示了爆炸波在城市复杂环境中的传播规律,并揭示了爆炸波的超压荷载在城市复杂环境中的变化规律和分布特征。

非能动安全壳严重威胁状态下的氢气风险分析

以全球首个采用非能动设计的三代核电技术的三门核电厂为分析对象,结合电厂现行严重事故管理导则(SAMG),研究安全壳严重威胁状态下的氢气风险控制。使用一体化事故分析程序建立了电厂模型,分析了热段2英寸破口叠加专设安全设施失效导致产生超过100%活性区锆水反应产氢量的严重事故序列。在此假想工况下安全壳水冷功能失效导致事故后安全壳处于惰化环境中,而产生了安全壳超压风险和氢气风险并存的不利情况。对比分析了仅执行严重威胁导则-2(SCG-2)恢复安全壳水冷和执行SCG-2后执行SCG-3控制安全壳氢气风险的两种情况,结果表明开启/关闭安全壳水冷功能在一定程度上缓解了安全壳的超压风险和氢气风险,可为严重事故管理导则的具体实施提供技术支持。

城市复杂环境中爆炸波的传播规律与超压荷载

该文利用LS-DYNA软件,采用ALE方法,对城市复杂环境中爆炸波的传播规律与超压荷载进行了数值模拟和分析。通过对两建筑物模型中爆炸波传播的数值模拟及其与单建筑物模型的对比分析,结果表明两建筑物模型中爆炸波由于在两建筑物之间多次反射而被增强,因此在计算建筑物所受到的爆炸波超压荷载时必须考虑相邻建筑物的影响。通过对一典型T型街道中爆炸波传播的数值模拟及其与简单环境的对比分析,结果表明在城市街道中爆炸波受到地面和周边建筑物的多次反射而增强,且在一定高宽比范围内,街道越窄、周边建筑物越高,爆炸波超压荷载的增大系数越大,因此在分析城市复杂环境中爆炸波的传播规律和超压荷载时必须考虑周边建筑物的影响。从而为制定城市大型及重要建筑的防爆措施提供依据。

具有超压功能的手术舱室环境设计与仿真研究

目的:对手术舱室建立超压防护,按照夏、冬两季不同应用地区的气候环境设计手术舱室制冷与供热系统。方法:根据压力平衡下手术舱室漏气量与新风补充量相等的原理实现超压防护设计;根据手术舱室的冷热负荷设计空调与暖风系统的总体结构,运用计算流体动力学方法进行手术舱室内温度环境仿真。结果:手术舱能够保持300 Pa以上的超压防护;仿真结果表明制冷与供热系统的设计方案能够使手术舱室内温度保持在(25±3)℃,人体操作区的微风速在0.5 m/s以下。结论:手术舱室能够满足静止状态下的内部超压指标要求,以及医疗作业对手术舱室温度环境的总体要求。