爆炸球罐尺寸对抛射碎片击中相邻罐体概率的影响

化工储罐爆炸产生碎片的抛射距离和抛射方位具有很大的随机性,一旦击中相邻罐体容易引发多米诺效应。在前人建立的碎片对相邻罐体的击中概率模型中,都忽略了爆炸储罐本身的尺寸,即假定碎片初始抛射高度和抛射水平位移为零。本文以球罐为研究对象,应用MonteCarlo法,计算了考虑爆炸球罐尺寸时抛射碎片对相邻罐体的击中概率。与忽略爆炸球罐尺寸的模型对比表明,击中概率整体偏高。在爆炸球罐自身直径的7倍距离范围内,爆炸球罐本身的尺寸对击中概率的影响可超过10%,不能被忽略。     

球罐BLEVE碎片抛射的Monte-Carlo分析

多米诺效应是引发化工厂发生重大灾害性事故的主要原因之一,其总后果的严重性远远超过初始事故后果的严重性。目前研究多米诺效应主要考虑热辐射、超压和碎片3种扩展向量,其中爆炸碎片具有很大的随机性,而且破坏后果常常很严重。对爆炸碎片的研究是个热点和难题。本文以墨西哥城液化石油气爆炸事故中球罐发生沸腾液体扩展为蒸气云爆炸（BLEVE）为例,通过Monte-Carlo方法模拟,利用有关的数据和资料确定爆炸碎片产生和飞行中的不确定性参数的概率密度分布,从而计算出碎片的抛射范围。并在此基础上,考虑目标容器和风的影响,将二维轨迹方程扩展为三维方程,并计算得到在给定位置处的目标容器受到碎片冲击的概率。本文的研究结果对于定量评价球罐发生BLEVE之后碎片所造成的危险分析具有重要意义。     

基于蒙特卡洛模拟和动态事件树的储罐脆弱性评估

泄漏事件是化工罐区多米诺事故的主要原因，随着泄漏时间增加，其后续的演化有多种可能的场景，而每种场景中受影响储罐的脆弱性变化也不同。为了更全面地分析泄漏事件发生后化工储罐的脆弱性，本文基于蒙特卡洛模拟和动态事件树提出了一种动态脆弱性评估方法。该方法考虑点火概率、协同效应等因素，利用Probit模型计算储罐失效概率，通过蒙特卡洛模拟得到火灾和爆炸事故场景下的动态脆弱性；利用动态事件树将每种事故场景发生概率及对应的脆弱性变化按照时间序列结合，从而比较全面地描述泄漏事件的后续演化场景，得到考虑火灾和爆炸场景的总体脆弱性。使用两个案例验证说明了该方法的可行性，结果表明该方法能实现动态的预测和评估化工储罐的脆弱性。     

化工园区多米诺事故风险评价与防控技术综述

定量风险评价是化工厂区或园区预防多米诺效应的主要方法,各类事故预防与控制措施的制定及其有效性检验也依赖于多米诺效应定量风险评价的结果。然而,由于概率风险表征、多米诺场景概率结构、火灾与爆炸致损概率等存在多种不一致或解释不明确的方法模型,使风险评价结果差异性很大,无法更进一步对各类多米诺事故预防与控制技术进行评估。本文首先界定了多米诺效应的基本概念和原理,然后对当前文献中相关多米诺效应定量风险评价方法进行深入剖析,明确了多米诺场景概率以及火灾热辐射、爆炸冲击波、爆炸碎片致损概率的计算方法。另外,还从阈值与安全距离、安全容量及布局优化、安全屏障与防火隔热层、安全与应急管理决策支持、安防与脆弱性分析及灾害衍生事故等方面对多米诺事故防控技术进行了评述。最后,指出以目标设备为核心的各类致损概率计算方法,即设备易损性,是后续研究的关注焦点。     

聚氯乙烯树脂层对球罐爆炸碎片连锁破坏概率的影响

依据塑性理论分析聚氯乙烯树脂保护层存在条件下的碎片抛射与破坏目标的过程,提出碎片穿透保护层的厚度与动能消耗的计算模型,并根据碎片抛射方程确定碎片碰撞及引发目标连锁破坏的概率。以球罐为例,应用Monte-Carlo法模拟了保护层对爆炸碎片连锁破坏效应的影响规律。结果表明:保护层可占有较大的破坏概率,显著减少目标破坏的可能性,目标连锁破坏概率由于目标穿透破坏概率的下降而平均降低了约4个数量级。偏差分析显示,保护层对连锁破坏概率的降低程度超过了99%。碎片连锁破坏概率随保护层厚度的变化呈现指数递减关系。研究结果可为球罐防护措施的合理选材与设计提供理论依据,为降低多米诺效应出现的频率,应最大限度地避免罐体本身与碎片的接触。     

隔板与保护层对球罐爆炸碎片连锁破坏概率的影响

依据塑性理论分析了隔板与保护层存在的条件下碎片抛射与破坏目标的过程,建立了碎片穿透隔板后三维体系内的运动方程,并以球罐为例,应用Monte-Carlo法模拟了隔板与保护层对爆炸碎片连锁破坏效应的影响规律。结果表明,隔板仅在其尺寸范围内阻止碎片的飞行,降低部分碰撞概率值;而保护层可占有较大的破坏概率,显著减少目标破坏的可能性。偏差分析显示,保护层对连锁破坏概率的降低程度超过了90%,为隔板情况下的2～3倍。碎片连锁破坏概率随保护层厚度的变化呈现指数递减关系。研究结果可为球罐防护措施的设计提供理论依据,为了降低多米诺效应出现的频率,应最大限度地避免罐体本身与碎片的接触。     

温度载荷与爆炸碎片冲击载荷耦合作用下储罐易损性分析

爆炸碎片和火灾热辐射是导致储罐区多米诺效应事故升级的重要致损因子。在实际爆炸碎片撞击目标储罐的事故场景中,目标储罐不止只受到爆炸碎片的撞击作用,还受到临近火灾的高温载荷作用。为研究目标储罐在高温环境下受到爆炸碎片撞击的易损性规律,本文建立了目标储罐在温度载荷和爆炸碎片冲击载荷耦合作用下的极限状态方程,并采用蒙特卡洛模拟绘制得到目标储罐在不同罐壁温度下受爆炸碎片撞击的易损性曲线,分析爆炸碎片质量、撞击速度、撞击角度对不同罐壁温度下目标储罐易损性的影响规律。结果表明：爆炸碎片质量和爆炸碎片撞击角与目标储罐易损性成负相关,爆炸碎片速度与目标储罐易损性成正相关。当研究变量为爆炸碎片质量时,在20~400℃和400~600℃两个温度范围内,罐壁温度每上升100℃目标储罐最大破坏失效概率平均增加值分别为3.7%、6.7%。当研究变量为爆炸碎片速度时,在20~600℃的温度范围内,罐壁温度每上升100℃目标储罐最大破坏失效概率平均增加值为3.9%。当研究变量为爆炸碎片撞击角时,在20~600℃的温度范围内,罐壁温度每上升100℃目标储罐最大破坏失效概率平均增加值从0.675%一直增大到7.01%。研究对评估实际事故中爆炸碎片对储罐的损伤及防控爆炸碎片引发的多米诺效应事故具有重要意义。     

化工容器碎片引发多米诺效应事故研究历程与展望

化工园区或厂区内,容器爆炸产生的碎片击中临近储罐或装置,可能会引发多米诺效应事故。本文系统分析了国内外有关爆炸碎片产生、飞行、击中及穿透破坏目标容器的相关文献,介绍了爆炸碎片产生阶段与飞行阶段相关随机变量参数的确定方法,以及击中、穿透破坏目标容器的概率模型等方面的研究方法、研究进展,对主要研究内容进行对比。指出碎片类型不全面、击中目标容器判定准则欠精确、目标容器破坏失效准则过于简化、缺乏对爆炸碎片产生概率的研究以及缺乏对目标容器破坏失效后果的研究等不足,提出安全附件等"小型碎片"随机参数的确定、考虑碎片形状体积的击中概率模型、目标容器破坏失效模式与判断准则的改进、爆炸碎片产生概率的计算方法以及目标容器破坏失效后果严重程度的确定是该领域进一步的研究与完善方向。     

爆炸碎片撞击下受保护层防护的储罐易损性规律分析

储罐保护层是降低化工园区爆炸碎片多米诺效应事故风险的一类关键安全屏障技术。为探讨不同规格的保护层对爆炸碎片引发储罐失效概率的降低程度，建立化工储罐在铝（Al）及超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene，UHMWPE）纤维保护层防护条件下的极限状态方程与破坏失效概率模型，并用Monte-Carlo模拟方法绘制目标储罐受爆炸碎片撞击的易损性曲线，分析不同厚度、材料、层数及耦合方式的保护层对爆炸碎片事故破坏效应的影响规律。结果表明：两种材料的保护层均能显著降低目标储罐受爆炸碎片撞击的破坏失效概率，降低程度均在80%以上；保护层厚度是影响其降低程度的关键因素，在铝质保护层防护下储罐易损性对厚度变化的敏感性大于UHMWPE纤维保护层；对于总厚度相同的铝质保护层，随层数的增加，储罐破坏失效概率逐渐降低；两种材料耦合的多层保护层对储罐失效概率的降低程度大于多层铝质保护层。研究对实际工况中储罐保护层的合理选材与结构设计具有重要参考意义，并可有效提升化工设备韧性。     

装甲抗侵彻技术研究进展及对化工储罐保护层风险防控的借鉴

爆炸碎片对化工储罐的侵彻作用破坏性极强,储罐保护层技术作为侵彻事故风险防控的重要手段却仍处于起步阶段。典型的保护层技术,如军事装甲技术研究已经较为成熟,可为储罐保护层技术发展提供重要的借鉴意义。本文系统分析了国内外有关化工储罐保护层及军事装甲防护侵彻损伤的相关文献,指出化工储罐保护层技术研究亟待解决的问题,并参考装甲技术研究进展提出其进一步研究方向：在材料选取方面应考虑防弹金属、陶瓷以及一些新兴材料的应用及耦合设计;在结构设计方面可以采用实验及数值模拟两种方法,研究储罐保护层层数、各层厚度比、各层排列顺序、层间间隙等诸多关键参数对储罐保护层抗侵彻性能的影响。通过对侵彻事故发生概率及事故后果严重程度两方面的表征,为储罐保护层技术在爆炸碎片多米诺效应事故风险防控中的应用提供参考。     

化工园区目标储罐受撞击荷载的易损性分析

化工园区或厂区内,立式储罐撞击荷载的易损性能够反映其抵抗爆炸碎片撞击破坏的能力。本文将立式储罐在爆炸碎片撞击下的破坏失效问题界定为目标储罐撞击荷载的易损性问题,分析得到爆炸碎片随机参数分布。基于最大塑性应变准则构建了目标储罐在爆炸碎片撞击作用下的破裂失效极限状态方程并验证了方程的准确性。应用蒙特卡罗模拟绘制目标储罐在爆炸碎片撞击下的易损性曲线,得出碎片的撞击速度是影响储罐动力学响应的主要因素,撞击角在10°~40°时,角度变化会显著影响爆炸碎片的破坏能力。通过随机参数敏感性分析得出,储罐材料密度、撞击速度与目标储罐破裂失效概率正相关,储罐材料屈服强度、壁厚、碎片质量、撞击角与目标储罐破裂失效概率负相关;在设计制造大型立式储罐时,为了降低撞击荷载易损性,可以选用低密度、高强度级别的钢材,在满足储存工艺要求、施工能力与经济预算的前提下,选用厚度较大的圈板作为罐壁等。     

RDX基铝薄膜炸药与铝粉炸药水下爆炸性能比较

为了减少铝粉炸药在生产过程中因铝粉对环境污染,降低铝粉炸药的撞击感度,提高含铝炸药的成型性及力学性能,将RDX用铝薄膜分层包裹得到新型的铝薄膜混合炸药。将铝薄膜混合炸药与铝粉炸药进行水下爆炸实验与爆速实验,得到两种炸药的爆速与压力时程曲线,经过分析计算得到两种炸药的压力峰值、冲量、冲击波能、气泡脉动周期与气泡能。结果表明：铝薄膜炸药药柱的轴向为RDX与铝薄膜独立贯通的结构,有利于降低混合炸药中添加物对基体炸药爆轰波传播的影响,从而使铝薄膜混合炸药的爆速高于铝粉炸药,导致铝薄膜炸药的冲击波损失系数高于铝粉炸药,使铝薄膜混合炸药的总能量、比气泡能与铝粉炸药相当情况下,其比冲击波能却降低了10.16%～10.33%,计算过程说明铝薄膜混合炸药的C-J压力计算公式具有合理性。     

尿素合成的安全

论述了尿素厂发生化学爆炸的浓度极限、能量极限以及在高温高压条件下的爆炸范围;从物理爆炸与化学爆炸的判断、爆炸性气体的形成、爆炸火源等方面对合成塔爆炸事故进行了分析;针对造成燃爆的2个硌要条件,提出了防止合成气爆炸的基本原则和防范措施。     

Statistical analysis of kinetics of an adiabatic thermal explosion

Stochastic phenomena in the kinetics of chemical reactions induced by a thermal explosion are studied. The statistical analysis is performed on the basis of nonlinear differential equations for gas temperature and concentration of reacting particles with random initial conditions, and also corresponding equations for the probability density function of the state variables of the system. The results of the numerical solution of these equations are presented in the graphical form as a statistical set of an ensemble of kinetic curves of concentration of reacting particles and gas temperature and as the time evolution of their probability density function. Small random fluctuations of gas temperature and particle concentration at the beginning of the reaction are demonstrated to induce significant fluctuations of the induction period. __________ Translated from Fizika Goreniya i Vzryva, Vol. 45, No. 3, pp. 44–48, May–June, 2009.     

低爆速膨化硝铵炸药的配方研究

介绍了低爆速膨化硝铵炸药的制备技术特点 ,通过配方设计及试验研究 ,得到低爆速膨化硝铵炸药的最佳配方 ,其性能为爆速约 2 1 0 0 m/ s,传爆距离在 50 m以上 (装药直径 32 mm)     

Model of Impact Initiation of Composite Explosive Solid Systems

A model of mechanical initiation of solid explosives, applicable for analysis of sensitivity of individual substances and composite explosives, is developed. The model includes a system of equations of work softening of a high explosive charge under an impact, resulting dissipative heating, and heat release due to chemical reactions between the components of the explosive mixture. The critical parameters and reaction kinetics were numerically calculated for initiation of charges consisting of a mixture of ammonium perchlorate and polymethylmethacrylate. The results are compared to experimental data on sensitivity of this mixture to the impact. Key words: high explosive, impact, explosion, impact sensitivity.     

Simulation of the vapor explosion of tin and aluminum oxide fragments in water

The vapor explosion process involves an explosive phase change from a thin liquid film into a vapor with a dramatic change in material properties across a high-pressure shock wave. The energy released during the explosion process can reach a level of chemical explosions associated with detonating high explosives. Because no fuel-air chemical reaction is needed for initiating a vapor explosion, the process can be considered as a green reaction that generates zero pollutants. However, the phase change that accompanies a thousand-fold increase in the vapor volume during the rapid film evaporation is a natural consequence of a sudden change in density across the phase front; this feature closely resembles the process of blast wave generation. The high-pressure vapor produced without a chemical reaction expands as a spherical wave at a uniform velocity predicted through the Rankine-Hugoniot shock conditions. In this paper, a new methodology based on a simple shock wave and a phase field theory is proposed to formulate the vapor explosion process.     

用电磁粒子速度计实验研究一种TATB基钝感炸药的冲击响应

针对一种新的TATB基钝感炸药(Tx),应用组合式电磁粒子速度计(EMV)测试技术,测量了炸药直接加载、增加有机玻璃隔板以及炸药驱动飞片3种加载状态下炸药内部的粒子速度历程和冲击波轨迹。根据测试结果,分析了不同加载压力下炸药的冲击响应过程。结果表明,炸药直接加载时,加载压力最高,Tx钝感炸药很快达到爆轰状态,到爆轰距离约为1.5mm;在增加有机玻璃隔板、加载压力为14.2GPa时,与直接加载时炸药粒子速度一致,Tx钝感炸药的到爆轰距离明显增加,约为5mm;在炸药驱动飞片、加载压力为9.5GPa时,Tx钝感炸药的粒子速度逐渐降低,存在一定钝化现象,到爆轰距离达到20mm以上。