海洋平台蒸气云爆炸计算方法及规律研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dxcnet2009
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随着海洋油气资源开发的推进,海洋平台发生可燃性蒸气云爆炸灾害的危险逐渐显现,海洋工程安全生产提出了防控海上天然气爆炸的新要求,而明确蒸气云爆炸预测方法和影响规律是关键性问题。本文基于此研究了海洋平台可燃性蒸气云爆炸的预测计算方法以及关键因素的影响规律,为海洋平台蒸气云爆炸安全防控提供理论方法指导。首先,研究了可燃性气体爆炸条件、爆炸模式、爆炸发展过程、爆炸破坏原理和破坏衡准等爆炸原理,分析了火焰速度、爆炸超压、超压时间历程曲线等关键指标参数。其次,研究了多种蒸气云爆炸预测计算方法,对以TNT当量法为代表的经验方法、以TNO多能法为代表的经验与模拟结合方法,以及以FLACS为代表的CFD数值模拟方法三种蒸气云爆炸预测方法进行探索研究和对比分析,并分别针对相同爆炸工况开展分析计算。结果显示TNT当量法与蒸气云爆炸规律偏差较大,TNO多能法仅适用于初期保守定性预测,而且二者存在影响因素参数较少、爆炸后果指标单一、计算结果各向同性等问题,CFD数值模拟方法在这些方面具有明显优势。为了研究海洋平台典型结构内部蒸气云爆炸规律,基于CFD方法建立蒸气云爆炸计算模型,选用国外MERGE项目的系列爆炸实验进行模型验证,取得了高度吻合的对比计算结果,验证了模型的有效性。最后,针对海洋平台典型结构形式,选取甲烷作为爆炸燃料,分析了蒸气云爆炸受多种因素影响的规律,对燃料浓度和结构排列方式两个关键因素深入研究。分别计算不同浓度、不同结构排列方式下的蒸气云爆炸关键指标,结果表明10%的燃料浓度是甲烷空气均匀混合气体的最大爆炸破坏浓度,蒸气云爆炸后果对于结构排列方式比较敏感,间隔均匀排列的结构障碍物造成的爆炸作用最大。获取了燃料浓度变化对蒸气云爆炸的影响规律曲线,总结了结构障碍物排列方式对海洋平台蒸气云爆炸的影响规律。
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