应用计算流体动力学模拟液化气装卸站的爆炸影响

以某企业液化气汽车装卸场站为例,针对液化气装卸区危险特性,采用计算流体动力学（CFD）模拟技术,建立全尺寸三维模型,对装卸栈台发生液化气泄漏、蒸气云在附近停车场集聚爆炸后的场景进行模拟计算,评估爆炸对周围构筑物和生产设施的影响,同时研究停车场停车数量和爆炸超压的关系。结果表明,在一定距离内,非防爆的控制室等构筑物会受到爆炸冲击发生损毁倒塌,威胁控制室内人员安全;附近停车区车辆数量与爆炸超压呈线性关系,车辆越多,产生的危害越大。     

注氮气采油井筒内可燃气体爆炸数值模拟

注气驱油过程中井筒内存在可燃气体爆炸风险,为了明确热采注氮井筒内发生可燃气体爆炸事故后果及爆炸演化规律,开展了高温高压条件下油管大长径比空间内,轻烃组分爆炸的数值模拟研究工作。研究结果表明,管内爆炸超压峰值随初始温度的升高而降低,此现象是由于升温引起管内可燃气体总量降低,升温对燃爆反应速率的增强作用被抵消,但管内爆炸超压峰值随初始压力的升高而快速增大,同时在相同的初始压力和温度下,与中部和顶部点火相比,超压的最高值出现在管内底部点火时的井口位置,且在井筒两端由于爆炸冲击波反弹使得超压迅速上升,爆炸产生的超压最高可达300 MPa以上,足以对油管和井筒等设施造成严重破坏。研究成果为注气采油井筒爆炸安全防控提供参考依据。     

管道内可燃气体爆炸的研究进展

对近20年来管道内可燃气体爆炸过程的实验和数值模拟研究的进展情况进行评述,以便从整体上了解这一方向目前的研究程度、研究热点和研究方法.并对管道内可燃气体爆炸过程研究的前景提出展望.     

围压对井内爆炸压裂损伤破坏尺度影响的数值模拟研究

针对当前因条件所限而无法通过开展大规模井内爆炸压裂试验来研究围压对井内爆炸压裂损伤破坏尺度的影响规律这一问题,借助LS-DYNA有限元分析模块,结合前期开展的室内爆炸压裂试验,建立了井内爆炸压裂数值计算模型。该模型主要由围岩损伤力学模型、炸药爆炸力学模型和耦合介质模型3部分构成。在对模型准确性进行验证的基础上,进行了爆炸压裂作用下围压对井壁围岩损伤破坏尺度的数值模拟,并通过岩石损伤力学理论,对模拟结果进行了分析。结果表明:在确保诸如炸药量、岩性和装药结构等其他条件不变的情况下,随着围压的增大,围岩损伤衰减速度加快,损伤破坏范围减小;对于围岩内部同一位置,其损伤破坏程度随围压增大而降低。      

金属丝电爆炸冲击波对水泥环完整性的影响

随着电爆炸技术被应用于油井解堵、除蜡以及在近井地带构造微裂缝等作业,其在井下产生的冲击波对固井水泥环的影响不可忽视。为了研究电爆炸井下工具在作业过程中对水泥环完整性的影响,采用数值模拟方法,在AUTODYN中建立了套管-水泥环-岩石组合体模型,研究了冲击波载荷在组合体中的传播过程及其对水泥环的损伤。研究结果表明:在射孔区域,冲击波会经过射孔孔眼在液体中传播,并保持较高的压力,而在非射孔区域,冲击波经过套管后衰减较大;水泥环和岩石受到冲击波的作用时,损伤区域都是从射孔孔眼开始向外扩展,水泥环和岩石主要受冲击波的拉伸和剪切破坏,同时冲击波造成的套管变形也可能会造成水泥环损伤。研究结果对于电爆炸技术在石油行业的安全应用具有一定的指导作用。     

地应力对爆炸压裂影响规律的数值模拟研究

为了揭示地应力场对井内爆炸压裂作用下裂缝形成及分布的影响规律,进行了井内爆炸压裂室内模拟试验。基于弹塑性损伤理论建立了井内爆炸压裂数值计算模型,在借助试验结果验证模型准确性的基础上,研究探讨了地应力场对爆炸压裂作用下裂缝扩展规律的影响。研究结果表明:试验条件下,炮眼内炸药爆炸后并未对炮眼造成粉碎性破坏,且裂缝沿曲线扩展;爆炸压裂作用下井壁围岩中将产生长而宽的主裂缝和短而细的次裂缝;主裂缝扩展方向受地应力场控制,垂直于最小水平地应力方向;不同地应力场条件下,裂缝扩展范围及密度亦随之发生改变。 研究表明,准确掌握地应力大小及方位,有利于控制主裂缝的扩展及分布形态。      

岩鹰山隧道内管道爆炸对下方铁路隧道影响模拟研究

岩鹰山隧道与大柱山隧道斜交，大柱山隧道位于岩鹰山隧道下方，竖向间距35m，其中岩鹰山隧道为中缅管道隧道，大柱山隧道为大瑞铁路隧道。通过对岩鹰山隧道爆炸现象进行数值模拟，计算分析爆炸波对铁路隧道结构的影响，及判断爆炸波引起的轨道变形是否带来火车脱轨的风险。     

燃料浓度对可燃气云爆炸影响的实验研究与数值模拟

以0．02mm厚度的聚乙烯薄膜为约束物，进行了半径0．5m的半球形乙炔／空气气云爆炸实验。结果表明，在100mJ弱点火条件下，乙炔的爆炸界限(乙炔的质量分数)由1．5％～82．2％缩小到5．3％～17．8％，乙炔的最危险质量分数为13．3％。建立了描述可燃气云爆炸的数学模型，并采用SIMPLE算法对模型进行求解，得到了不同燃料质量分数的爆炸超压分布。计算结果与实验值相比较，最大相对偏差为10．11％。对甲烷／空气、乙烯／空气、乙炔／空气等气云爆炸威力进行了预测，当处于最危险质量分数时，大体积的3种气云爆炸均可造成建筑物的损坏，而随着质量分数偏离最危险质量分数，破坏能力随之降低。     

立式储油罐油气爆炸数值模拟研究

在储罐的维修改造中,由于封堵不严、罐板腐蚀穿孔等原因,焊接、切割、打磨时极易发生火灾和爆炸事故。采用Fluent软件对380 m³小罐内油气爆炸进行数值模拟,对比分析不同油气浓度及罐内不同含氧量对油气在罐内爆炸及火焰扩散的影响。经研究表明,油气爆炸存在最佳浓度范围和最佳初始含氧量,同时点火温度越高,气体的活化分子越多,油气的爆炸燃烧速度越快。该研究从数值计算的角度揭示了爆炸规律和机理,为提高安全风险意识及提升施工作业规范提供了积极的借鉴和警示作用。     

内部平板对半球形气云爆炸超压的影响

以乙炔 空气为介质,进行了平板障碍物对开敞空间气云爆炸威力影响的试验研究,比较测得的超压与时间曲线发现,有障碍物的气体爆燃超压呈多峰值形式,超压值随着障碍物几何尺寸的增加而增大,障碍物开孔率和位置的变化也对爆炸超压产生影响。障碍物的存在是开敞空间可燃气云爆炸产生巨大破坏力的主要原因之一。     

PHAST在LPG罐车泄漏爆炸事故分析中的应用

通过总结液化石油气(LPG)的固有危险性和泄漏事故类型,利用PHAST软件对某LPG罐车泄漏爆炸事故进行后果模拟分析。模拟结果表明:LPG罐车卸料管泄漏爆炸超压后果能够较好的反映爆炸中心实际破坏情况,但无法达到事故报道中320~500 m的建筑物破坏程度;LPG罐车完全破裂模拟事故后果与实际事故破坏程度相比仍偏小,这与该起事故爆炸碎片击中周边储罐引发的多米诺效应密切相关。通过PHAST软件再现该起LPG罐车爆炸事故的初期过程,能够为危险化学品泄漏爆炸事故的安全管理、事故调查及事故后果反演提供帮助。     

下行床入口分布器的计算流体力学模拟研究

针对下行床入口分布器难以兼顾颗粒浓度增加（增浓）和均匀分布的问题,基于下行床中气固两相流动机制提出了一种适用于下行床颗粒增浓的新型入口分布器,利用已开发的结构曳力模型耦合CFD软件考察了下行床流体力学性能。模拟结果表明,结构曳力模型模拟结果与试验结果一致,说明该模型能够准确预测下行床床层固含率的分布;相对于传统入口分布器,采用了分区流化、文丘里式溢流管和漏斗式设计的新型入口分布器的轴向固含率分布更加均匀;在新型入口分布器颗粒循环量为700 kg/(m².s)的条件下,下行床反应器床层平均固含率可达6%,且均匀分布;气速和颗粒循环量对下行床颗粒增浓的程度不同,颗粒循环量是床层内颗粒增浓更为关键的调控因素。     

液化石油气储槽两次爆炸事故的不确定性影响分析

本文采用随机抽样推测法对液化石油气泄放过程的参数不确定性进行了处理,确定了液化石油气瞬间泄放是等速泄放过程。并对连续形成的蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气爆炸的后果进行了分析,定量估算了液化石油气槽车两次爆炸事故后果的影响程度。     

基于PHOENICS的罐顶环形空间防火防爆数值模拟

对浮顶油罐的油气空间进行惰化,是一种新的油罐防火防爆方法。根据氮气对油罐气体空间的惰化原理,针对大型双重密封型浮顶油罐的油气空间进行氮气惰化研究,建立气体流动的几何模型和数学模型,采用PHOENICS软件进行数值模拟,得出不同流速/流量的氮气在持续通入不同时间的条件下,对气体空间内氧气组分的影响。初始条件和边界条件的确立,对于实际中利用氮气进行防火防爆的方案有指导意义。     

PDC钻头井底流场CFD仿真及二次开发

利用计算流体动力学技术,优化PDC钻头水力结构是一种经济有效的手段。文章通过对PDC钻头在井底的三维流场进行数值模拟,考虑喷嘴布置的不同位置、间距及喷射角度等因素的影响,研究流体在井底的流动特性及井底净化机理,优化PDC钻头的水力结构。从工程设计的便捷、高效原则出发,以VB．NET为工具对Phoenics软件进行二次开发,建立专用平台,更方便地对不同工况条件下的PDC钻头进行数值模拟。     

惰性气体抑制管道中可燃气体爆炸的数值模拟

管道内可燃气体的防爆抑爆研究对于石油及天然气工业的安全生产具有重要意义。以RNG 湍流模型及EBU Arrehnius燃烧模型为基础，建立了管道内可燃气体单步化学反应湍流爆炸模型；并以有限体积法求解了爆炸流动及反应控制方程，从而对二维管道中惰性气体抑制可燃气体爆炸的过程及规律进行了数值模拟。模拟结果与实验数据有着较好的吻合性，可为燃气管道中惰性气体防爆抑爆技术的工艺实施、系统设计和关键参数计算提供理论依据。     

基于双旋流的油泥分离器数值模拟

针对兴中油泥含油量高、含渣量低的特点,提出一种新型的双层旋流器结构来进行油-水-颗粒的三相分离.采用数值模拟的方法进行研究,选择混合模型和k-e模型对单层旋流器和3种不同进口型双层旋流器的分离效果进行模拟,分析各旋流器的结构对压力分布、油水分布和油泥颗粒分布效率的影响.结果表明:入口流量为40 m3/h,即入口流速为6...     

表面活性剂对原油流变性的作用与分子动力学模拟

选取5种合成降凝剂中常用的表面活性剂：丙烯酸、丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐、乙酸乙烯酯和苯乙烯,采用试验和分子动力学模拟相结合的方法,考察其对原油流变性的影响。结果表明：在加剂量为2000mg/kg的条件下,5种表面活性剂的加入对原油的凝点影响较小,均使原油的凝点仅提高1℃;对原油的黏度和屈服值影响较大,其影响程度从大到小的顺序为：丙烯酰胺>丙烯酸>苯乙烯>顺丁烯二酸酐>乙酸乙烯酯;与空白原油体系相比,5种加剂原油体系势能降低,非键能负向升高,作用效果强弱顺序与试验结果相吻合,从分子层面解释了表面活性剂对原油流变性产生影响的作用机理。