障碍物对开敞空间蒸气云爆炸强度的加强作用

阐述了障碍物对开敞空间蒸气云爆炸威力的加强机理,概括了气云内部放置障碍物的开敞空间蒸气云爆炸(UVCEs)的实验、经验方法和理论研究情况,并分析了障碍物和火焰的相互作用机理,火焰加速机理是研究障碍物对开敞空间蒸气云爆炸威力加强作用的关键问题。     

非均匀分布可燃气云爆炸威力分析

 以高斯分布气云为例，研究了非均匀分布气云爆炸的威力与机理，并与相同泄漏量的均匀分布可燃气云爆炸进行了对比分析。结果表明：当高斯分布可燃气云爆炸时，由于其可燃气体浓度偏离最危险浓度，燃烧速率降低，火焰维持不了自加速运动，对火焰阵面前的气体扰动较小，不会产生较强的冲击波。泄漏量为2228.2m³的乙炔形成的2种高斯分布气云爆炸时，最高超压分别为4.3、1.8kPa，最多具有使玻璃窗破碎的破坏能力。当同样泄漏量的乙炔形成半径20m、乙炔体积分数为13.3%的均匀分布气云爆炸时，可产生42.3kPa的最大超压，具有使砖墙倒塌的破坏能力。因此，在工业现场发生可燃气体泄漏时，首要任务是避免泄漏气体形成混合良好的均匀可燃气云。     

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可燃气体或低沸点可燃液体的事故性泄漏，会引发可燃气云爆炸事故。气体爆炸概率成为厂站、陆地及海上油气钻采平台设计中需要考虑的要素之一。为确保生产安全及对相关人员的有效保护，必须确定现场障碍物对爆炸的加强作用。为此，实验研究了内置半球栅条形障碍物半径、栅条宽度与空隙宽度3个参数对可燃气云爆炸场的影响。基于流体力学控制方程组、PDR模型和Bakke Hjertager燃烧模型，通过修改方程源项，考虑障碍物对流动的附加作用及对燃烧速度的影响，建立了可燃气云爆炸的理论模型，并采用SIMPLE算法进行了数值求解。实验结果表明，该类型障碍物对可燃气云爆炸威力有较大的增强作用，最大超压可达无障碍物时的10倍以上。计算结果与实验值相比较，最大相对偏差17.9%，平均相对偏差6.34%。     

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。     

可燃气云内置障碍物对爆炸冲量场影响的实验研究

设计了内置半球条栅形障碍物的气云爆燃实验系统，爆燃过程的压力-时间曲线由动态响应时间小于1ms的数据采集系统通过计算机记录、储存与输出，数据采集系统由压力传感器、A／D采集卡和计算机组成。通过编制冲量计算程序，由压力-时间曲线算得各测点的冲量值。对气云爆炸冲量场与可燃气云浓度、障碍物特性参数之间的关系进行了实验研究，结果表明，乙炔-空气混合物的最危险的混合物体积分数为13．3％；障碍物空隙率、半径、空隙宽度及条栅宽度对冲量场的影响非常显著，而它们之间的交互作用几乎没有什么影响。通过曲线拟合和方差分析得到了半球形气云爆炸冲量场的近似余弦衰减规律。     

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对预混可燃气体在圆形管道内的爆炸过程进行了实验研究，根据实验结果将超压的变化过程分为4个阶段，将气体燃烧的变化过程分为3个阶段。得出了计算火焰传播速度的经验公式。随着火焰的传播，火焰传播速度不断加快，且测点处的火焰传播速度越快、测点距点火处越远，燃烧时间就越短。对前驱冲击波与火焰面的相对时间及相对位置关系进行了分析。对爆燃转爆轰过程（DDT）进行了初步研究，观察到此过程中前驱冲击波阵面仍然行进在火焰面的前方，但二者的间距在减小。火焰面紧跟在激波前缘的后面，二者同速传播，超压峰值的位置与火焰面重合。     

平板布置对气云爆炸场影响

以乙炔-空气气云为可燃介质,进行了半径为50cm半球形气云爆炸实验.气云外布置了平板形障碍物,平板距球心的距离分别为57cm和100cm,平板的布置分为单板、双板垂直、双板平行、3板槽形和4板口形放置5种方式.结果表明,平板对气云爆炸威力有加强作用,对气云的约束越大,爆炸压力越高.     

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可燃气体在运输、储存、加工和使用过程中，因可燃气体泄漏而形成的气云爆炸事故，常常会造成巨大的人员伤亡和财产损失。研究气云爆炸的特性和威力，可防范事故，减小损失。中采用有限差分方法编制了求解可燃气云爆炸过程的定解方程的数值模拟程序。方程组中的源项由能量均匀加入法处理，爆炸场中的间断问题通过人工黏性模型处理。经开敞空间乙炔——空气气云爆炸实验结果检验，数值计算结果的偏差在13％以内。计算结果表明，气云半径越大，爆炸最大压力和压力增加速率越大；气云爆热越大，爆炸最大压力和压力增加速率越大。     

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。     

浅谈炼油厂爆炸危险源辨识及防爆措施

基于对易燃易爆化学品的爆炸机理分析以及炼油厂危险物质和危险装置的辨识,归纳出炼油厂设计中通常采取的防爆措施。结合具体事例,利用DNV定量危险分析软件,计算一个放空罐爆炸产生的超压冲击波,提出装置内建筑物的安全防爆措施。     

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在石油、化工、矿业等行业中，密闭容器内可燃气体爆炸的事故屡屡发生，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。有效地预测爆炸超压，研究可燃气体爆炸成灾模式及其防治技术具有重要的社会意义和经济意义。为此，从流体力学和化学反应动力学方程出发，建立了数学模型，采用SIMPLE算法，对大型球形密闭容器内可燃气体爆炸过程进行了数值模拟，获得了不同时刻爆燃的速度场、密度场、浓度场、温度场，为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据。     

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在直径为1 m的球形容器中，采用中心点火方式，对液化石油气进行了大量密闭燃爆和燃爆泄放的实验，得出了液化石油气最大破坏力的浓度范围5%～6%、密闭下燃爆最大压力与初始压力呈线性关系，并基于不同条件下燃爆泄放实验，通过量纲分析将泄放面积、容器内表面积、容器体积、泄放压力及初始压力等关联成燃爆泄放状态准数，建立了燃爆泄放最大超压与泄放准数之间关系式，关系式覆盖的体积范围(0.029～213 m3)，内部初始压力范围（0.1～0.4 MPa），泄放压力与初始压力比（1～2.5）、容器长径比（1～2），在该范围内关系式与实验结果吻合较好。     

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液化石油气是一种成分复杂的混合物，这就大大增加了对其爆炸进行数值计算的难度。采用CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体力学)方法，对石油气的混合成分进行了简化处理，进而对石油气爆炸进行了数值模拟，建立了描述液化石油气爆燃的理论模型，采用SIMPLE算法对模型进行了求解。计算的超压与实验值相比较，球形容器内最大偏差为9.09%，平均偏差为4.58%；开敞空间情况下，最大偏差9.02%，平均偏差3.92%。还对工业上可能产生的液化石油气可燃气云爆燃威力进行了预测，当气云半径为100 m时，最大超压可达48.432 kPa。研究表明，大尺寸气云可以产生具有破坏力的超压。     

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大型密闭容器内可燃气体爆燃的火焰速度存在着一个加速过程，压力也不是均匀分布的。根据密闭容器内可燃气体爆燃的实际情况，从流体力学和化学反应动力学出发，利用一步不可逆化学反应模型处理能量的加入过程，通过高精度的差分格式和时间分裂方法，对弱点火条件下密闭容器内可燃气体爆燃的压力场、温度场和浓度场进行了数值模拟，并进行了圆筒形容器内可燃气体爆炸实验。结果表明，最大爆炸压力和最大压力上升速率均与初始压力呈正比。最大压力及其上升速率在燃料组分化学计量浓度的1.1倍左右达到最大值。数值模拟计算结果与实验结果比较，其偏差不超过10%。     

管状容器气体燃爆泄放过程的数值模拟

工业过程中管状容器气体爆炸事故时有发生，严重威胁着过程工业的安全生产。为预防这类事故，通常会在容器上安装泄压装置，这就要求对该类容器进行防爆泄压设计。对管状容器气体爆炸泄放过程进行分析，特别是容器内压力发展特性的分析是进行防爆泄压设计的关键。为此，首先分析了管状容器内气体爆炸泄放过程，根据其燃爆发展规律建立了描述整个泄爆过程的物理模型。从能量守恒方程和质量守恒方程出发，结合气体状态方程、绝热压缩方程和气体泄放速率方程建立了泄爆过程的数学模型，利用四阶龙格-库塔方法对该过程进行了数值模拟，得到了不同时刻燃爆压力、压力上升速率、火焰位置和火焰传播速度。另外还讨论了泄压面积和泄爆压力对泄爆过程的影响，对于该类容器的防爆泄压设计具有指导意义。     

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从1989年发现陕参1井至今，长庆气田经历了15年的勘探开发与地面工程建设。截至目前，已累计销售天然气120×108m3，主要输往北京、天津、西安、石家庄、银川及“西气东输”下游的上海、苏州、郑州等城市作为民用燃气，部分用于发电和化工原料（例如合成甲醇）等。文章根据长庆气田靖边、榆林、苏里格等气区中天然气生产规模、温度、压力、气体组成等特点，分别介绍了这些气区的天然气净化情况，其中着重介绍了靖边气区天然气净化中的脱硫脱碳、酸气处理和配套工艺技术。     

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新场气田蓬莱镇组气藏属于低渗透致密砂岩气藏，具有一定的储量规模，但低孔、低渗、高含水饱和度的特征使其开采困难，因此实施增压开采工艺技术是保证该类气藏增储稳产的重要手段。文章运用气藏数值模拟方法对该气藏建立了三维地质模型，在气藏储量拟合及气井生产历史拟合的基础上，设计了9套增压开采对比方案。选用三维二相黑油模拟器进行模拟计算，其结果显示实施增压开采方案的采气速度和采出程度均比不实施增压开采的高，而且延长了气井生产时间。同时还评价了经过增压开采后，气藏、增压井组以及单井的可采储量增加量，确定了增压开采后单井合理的井口压力控制程序和降产方式。方案结果对比表明，以目前单井产量敞输，控制最小井口压力在压缩机吸气压力0.2　MPa的开发方案，能使整个气藏在实施增压开采后提高可采储量7.28％。     

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天然气水合物的资源潜力和开发前景十分广阔，是目前世界各国新能源研究的重点。对天然气水合物研究起步较早的美国、俄罗斯等国家已经进入天然气水合物气田的初步开发阶段，我国也已取得一定的研究成果。天然气水合物稳定带的形成需要一定的温度压力条件，人为地打破这种稳定的方法主要有热激发、降压、化学抑制剂等，文章对这几种开发方法的优缺点、应用现状进行了比较全面的比较，并根据目前仅有的开发实例对开采方式进行了探讨。如何解决天然气水合物的低成本开发技术问题，仍是最难克服的障碍。