基于深度学习的氢喷射火事故后果预测方法

加氢站作为氢能应用产业最重要的配套基础设施之一,其中存在的大量高压氢气伴随着泄漏风险。高压氢气一旦泄漏,极易形成喷射火,对加氢站内构筑物及人员生命财产安全造成严重威胁。为了实现氢喷射火事故后果的快速准确预测,提出了基于神经网络的代理模型事故后果预测方法,相较于传统数值仿真方法具有显著的时效性优势。该方法构建了一种基于生成对抗网络和长短期记忆神经网络的混合代理模型,使用数值仿真生成的训练样本对代理模型进行训练,完成训练的代理模型能够预测加氢站高压氢气泄漏产生喷射火事故后的温度分布情况。使用模糊C均值聚类方法和结构相似度指标定量分析了代理模型预测结果的准确度,结果表明氢喷射火后果预测代理模型能够在保证可接受预测精度的前提下,极大地提高后果预测效率,实现了加氢站氢喷射火后果的时空快速预测。

基于后果的氢气管道泄漏典型事故风险分析

根据高斯羽流、固体火焰模型及TNT当量法,得到针对氢气的扩散、热辐射与超压的后果模型。以我国某氢气管道为例,计算求解后果模型,分析了不同泄漏孔径、不同泄漏喷射角度的氢气管道泄漏典型事故后果,并揭示氢气泄漏扩散、喷射火与爆炸演化原因。量化了氢气管道泄漏的潜在影响半径,发现氢气管道风险大于天然气管道,为氢气管道早期设计与安全运行提供了理论支撑。

掺氢天然气喷射火燃烧特性实验研究

能源结构转型初期,天然气管道掺氢是一种有效的输氢方式,然而掺氢会提高气体活跃性,在管道泄漏的情况下增加火灾风险。在压力200~800 Pa和掺氢比0~50%条件下开展了掺氢天然气水平喷射火实验研究,以预测和评估其潜在的火灾风险。实验结果表明:掺氢后火焰温度升高,最大温差为113℃;在高压下当掺氢比>10%时,火焰温度分布发生明显变化;火焰的推举距离随压力增加而增大,随掺氢比增加而减小;当高压下掺氢比<10%时,掺氢对火焰尺寸影响较小,当掺氢比增加到50%时,火焰长度的最大降幅为13.7%。此外,提出了掺氢天然气火焰长度无量纲预测模型。研究结果可为掺氢天然气管道事故后果及火灾风险评估提供必要的数据支持和理论基础。

加氢装置事故重建及分析

为了更好地修正PHAST和KFX软件进行全尺寸数值模拟时的各项参数,通过分析某渣油加氢装置事故现场资料,得到大尺寸喷射火的实际数据。利用PHAST和KFX软件进行全尺寸数值模拟,对比分析模拟结果与事故实际数据。研究结果表明:通过与事故数据相比,火焰内部温度分布和火焰周围热辐射分布的范围与事故现场实际范围形状类似,火焰几何尺寸的数值模拟结果与经验公式预测结果及现场痕迹也能较好地吻合,从而验证软件模拟喷射火特性的实用性。研究结果可为相关事故模拟和灾后修复提供理论依据,为气体检测方案和消防方案的制定提供借鉴。

定量风险分析在氢气长管拖车风险评价中的应用

氢气储运是氢能产业链发展的关键环节,现阶段氢气储运主要以氢气长管拖车为主。定量风险分析,是目前氢能储运风险评价的主流方法。采用定量风险分析对氢气长管拖车进行定量风险分析,同时采用PHAST&SAFETI、KFX等软件开展事故模拟,计算出氢气泄漏可燃浓度气云(体积分数4%~75%)的扩散距离以及喷射火热辐射强度(12.5 kW/m^(2))的影响距离,同时提出相应的防控措施建议。

氢气喷射火的大涡模拟

基于OpenFOAM平台,嵌入基于大涡模拟思想的涡耗散概念燃烧模型改进的fvDOM辐射计算模型,采用氢单步化学反应模型来计算细结构的反应速率.对不同喷射速度和喷口直径的低速氢喷射火进行模拟.结果表明,采用该计算模型获得的火焰高度与理论预测值基本一致;随着氢喷射速度的增大,火焰高度增加,喷射火最高温度降低,但最高温度点的位置上升;随着氢喷口直径增大,火焰高度增加,最高温度点的位置上移,但火焰最高温度基本维持不变.

油氢合建站典型泄漏火灾热辐射后果模拟分析

根据油氢合建站实际运行状态识别典型火灾事故场景,建立高压氢气泄漏喷射火及油池火灾事故热辐射模型,模拟分析油氢合建站地面涉氢设施及加油设备典型泄漏火灾危害特性。结果表明:储氢区涉氢压力45 MPa、发生典型10 mm泄漏喷射火时危害范围较大,对设备及人员危害距离分别为21 m和36 m;加油枪断裂发生40~60 L/min泄漏时设备受到严重破坏的距离为5~8 m,人员受到热辐射伤害的距离为12~19 m。研究结果可为油氢合建站布局优化及安全管理提供参考。

基于欠膨胀喷射火模型的含氢天然气管道失效后果分析

含氢天然气管道输送是氢能利用的重要途径之一。针对含氢天然气高压输送管道失效可能引起的欠膨胀喷射火,采用计算流体力学软件Fluent,建立对应的含氢天然气欠膨胀喷射火的模拟模型,模拟模型利用Birch模型描述喷口处的工况,将模拟研究结果与已有试验值进行了对比,验证了该模型的准确性,并分析了模型的网格敏感性。基于该模型研究了氢气含量、管道压力和喷口尺寸对火焰轴线温度分布及火焰长度的影响规律,并揭示了相应的影响机制。

氢气长管拖车运输定量风险分析

随着氢能源的发展及氢气长管拖车的大量使用,氢气长管拖车的安全越来越受到人们的重视,为了对氢气长管拖车运输的风险进行评估,采用了事件树方法对事故频率进行分析,并结合氢气泄漏的喷射火、爆炸事故模型,对事故后果进行量化分析,得出不同事故场景对氢气长管拖车的影响范围,最后根据频率与后果的乘积计算出不同事故场景的风险值,并将此风险指标值与公众可接受风险指标进行比较,得出氢气长管拖车运输风险是否可接受。通过实例应用,为氢气运输进一步的定量风险分析提供了有效的思路和方法。

高压氢气泄漏自燃形成喷射火的实验研究

为了探究高压氢气泄漏发生自燃时所需的临界初始释放压力随管道长度的变化规律,了解管内自燃火焰向管外喷射火焰转变的发展过程,本文利用压力、光电以及高速摄像等测试系统展开实验研究。实验结果表明:当管道长度相同,初始释放压力较低时,氢气泄漏不容易发生自燃;随着管道长度的增加,氢气发生自燃时的临界初始释放压力先缓慢减小后迅速增大;当管道长度一定时,初始释放压力越大,激波传播速度越快,氢气管内自燃的位置距离爆破片越近;气流通过激波马赫盘后,火焰燃烧加剧;随着时间的增加,火焰长度呈现先增大后逐渐减小的变化趋势,喷射火焰尖端的平均传播速度逐渐减小;火焰宽度呈现先增大后迅速减小至稳定值的变化规律。

高压氢气储运设施泄漏喷射火过程预测模型及其验证

近年氢能已迅速成为能源领域"新宠",正在迎来快速发展的战略机遇期,但氢安全问题仍然是制约其发展的关键,尤以高压氢气储运设施泄漏后引发喷射火灾害较为突出。为了探究高压氢气泄漏过程并对其引发喷射火灾特性参数变化进行评估,本文采用理论分析和实例验证相结合的方法对两起高压氢气泄漏实验案例(90MPa氢气瓶和6 MPa氢气管道)进行了研究。结果表明:通过模型精度检验,Abel-Nobel气体状态方程适用于当前常用的多种高压氢气储运设施泄漏过程的描述。基于Abel-Nobel气体状态方程、火焰尺寸模型、辐射分数模型和热辐射模型构建的高压氢气泄漏喷射火过程预测模型对实验案例中的泄漏出口气体质量流量、氢喷射火焰长度和辐射热场等的模拟计算结果与实验测量数据基本一致,验证了模型有效性及所含假设合理性。另外在计算中还需要结合实际情况充分考虑高压氢气储运设施发生泄漏时产生的能量损失以及等温流动过程,从而对模型预测精度进行修正。上述结论对于工程实际、氢能安全利用以及灾害预防等具有重要现实意义。

高压氢气泄漏自燃研究进展

针对基于扩散点火理论的高压氢气泄漏自燃研究进展进行总结,对自燃机制、主要影响因素及变化规律进行阐述。介绍相关实验研究的发展变化过程,阐述该领域从定性研究到定量研究的过程中各阶段主要研究成果对于研究的推动作用,对于泄放压力、破膜条件、管道尺寸等主要影响因素的研究内容进行详细的对比分析。最后讨论现阶段存在的问题并展望了今后的发展趋势。

氢气泄漏后燃爆风险研究现状综述

综述了高压氢气泄漏后相关燃爆事故及行为研究现状,总结了泄漏自燃、喷射火、气云爆炸等典型燃爆行为的研究现状、方法及结论,探明了典型氢泄漏后燃爆事故的关键控制参数,提出了现有高压氢气泄漏后燃爆风险实验及数值模拟研究存在的不足,并结合实际氢能场景,从实验尺度、初始条件、边界条件等方面对未来的研究方向进行了展望。

低温氢泄漏及射流火传播特性研究现状

阐述了低温氢的应用前景及泄漏危险性,从气体扩散特性和射流火点火、传播行为两方面介绍了低温氢泄漏的研究现状,对低温氢泄漏气体扩散及射流火传播特性的研究方法、手段及结论进行了总结分析。目前,低温氢泄漏研究方法包括实验研究和数值模拟,多数研究集中在气体扩散特性,对射流火的点火、传播行为的产生条件及影响因素尚不明确。未来应完善低温氢泄漏气体扩散预测模型,以建立有效的低温氢泄漏气体扩散过程及射流火点火、传播预测模型。

CFD研究成果在油氢合建站安全标准制定中的应用

油氢合建站是目前发展加氢站基础设施的理想过渡方案,但是其设计、建设等标准仍十分缺乏。以中国石化企业标准Q/SH 0829—2021《加氢站、油氢合建站安全技术规范》的编制过程为基础,采用计算流体动力学(CFD)技术,在某油氢合建站建设项目中,使用模型进行建模,选择有代表性的事故场景,研究油氢合建站内高压储氢设施泄漏后发生扩散、喷射火、气云爆炸等事故的影响。结合现行标准规范的要求和数值模拟的结果,提出有针对性的风险防控措施,有利于提升油氢合建站的本质安全水平及应急响应能力,并对加氢站标准的补充完善提供依据,有显著的推广和示范意义。

受限空间氢能源汽车泄漏燃爆特性研究现状及展望

为探究受限空间内氢能源汽车泄漏燃爆特性的研究现状,采用文献调研法从仿真分析和实验研究两个角度,讨论氢能源汽车在受限空间内泄漏形成射流火和泄漏点火爆炸的研究现状。对于受限空间内氢气射流火特性,仿真分析研究揭示了氢气在不同通风条件、泄漏角度、泄漏速率下的射流火行为,分析了其火行为特征参数分布规律,但受限空间内氢气射流火实验研究则极度匮乏。针对受限空间内氢气泄漏爆炸特性,仿真分析和实验研究均强调了氢气浓度分布、释放速率和受限程度对爆炸压力波传播的影响。最后,提出了受限空间内氢能源汽车泄漏燃爆特性的研究展望,建议未来应结合实验研究、数值模拟和理论分析方法,建立完善的受限空间内氢能源汽车泄漏燃爆的温度、压力分布模型、安全距离预测模型和通风抑制模型等。

高压氢气射流火焰的数值模拟

高压氢气泄漏并发生点火是氢火灾事故的核心场景,也是氢安全研究的基本内容。该文对高压氢气泄漏后立即点火、延迟点火以及有防护墙存在时的延时点火3种场景进行了数值模拟仿真,分析了点火时间、防护墙对温度和超压的影响。结果表明:氢气泄漏后在喷口处立即点燃会形成射流火焰,该过程不会产生明显的超压;泄漏一段时间后再进行点火,将由点火中心产生压力波并向外传播,并随着与点火中心距离的增大,最大超压降低,燃烧稳定后形成的射流火焰与立即点火时基本一致;防护墙有效削弱了压力波及火焰向墙后方的传播,墙后方的超压及温度明显降低。因此,合理设置防护墙可以缩小危险范围,缩短安全距离。