甲烷球罐爆炸传播过程的数值模拟研究

发布时间：2020-05-19 17:18

【摘要】：据统计资料显示,2006-2015年十年内,我国共发生危险化学品重特大事故12起,事故一共导致174人死亡,每起事故的平均死亡人数约为14.5人。危险化学品事故危害大,波及范围广,对企业的安全管理产生重大的威胁,也对人民生命财产安全威胁甚广。综合危险化学品的事故过程可以总结得出,造成人身伤亡及重大财产损失的事故多源于火灾爆炸,并且多数事故是在罐体的储存和运输过程中发生的。在化工生产中,甲烷气体作为主要燃料气体之一,占据了危化品生产中很重要的一部分,因此,研究甲烷球形储罐的爆炸传播过程对于可燃气体的阻爆抑爆技术的发展有着非常重要的意义。本文运用FLACS软件,通过设置不同数量障碍物、不同口径泄漏口、不同点火点位置三种条件,模拟不同工况下甲烷球罐爆炸压力及速度的变化情况和火焰的传播规律。经过研究发现以下规律:1、球罐内圆柱形障碍物的存在会对爆炸火焰的传播产生激励效应,障碍物数量越多,则对火焰的拉伸过程越明显,球罐爆炸压力的峰值会随着圆柱体数量的增加而逐渐减小,但爆炸压力的上升速率会随着圆柱体数量的增加而增加。2、当球罐底部存在泄漏口时,会影响球罐内部最大爆炸压力和压力的上升速率,球罐内爆炸压力峰值随着泄漏口口径的不断扩大而减小。3、不同位置的点火点对甲烷球罐爆炸传播的影响为:在底部点火时产爆炸压力峰值最高、火焰拉伸情况最为明显、火焰传播速度最快,但同时,压力达到峰值所需要时间最长。同时,根据华北科技学院现有的实验平台以及中北大学新设计的的20L密闭型球形爆炸装置,按照1:50000的比例制作实验模型并进行甲烷球罐爆炸模拟实验,研究了球罐中轴线上底部到球心部分在不同的位置点火对甲烷球罐爆炸传播规律的影响。研究发现:运用FLACS软件模拟的结果与20L球罐进行实验的最终结果在反应时间、爆炸压力上升速率两组参数的变化规律上得到了一致的结论,但由于尺度效应的存在,实验研究结果和数值模拟结果仅在最大爆炸压力的变化规律一项参数上得出的结论略有偏差。
【图文】：

示意图,罐体,情况,示意图

本次事故性质是设备事故，即乙烯装置发接的地方发生了泄漏，工作人员并没有及时中混合形成乙烯-空气混合气体，，此时，在爆燃，这是第一次爆炸。第一次爆炸产生的，引起乙烯的群体性大量泄漏，形成一个稳体因高温和高压发生爆炸，这被称作第二机理分析：事故中四个发生泄漏爆炸的主要1m，壁厚 15.9mm，并且罐体都由 7 根直径中主起爆罐 B 罐体呈粉碎性炸裂，由第一，B 罐起爆应是如图 2-1 所示，罐体上部由呈粉碎性碎片以扇形状空间飞出，B 罐体支螺栓被高温烧变色，其余三个罐体及 B 罐损失而折断[41]。

示意图,罐体,甲醇,结构示意图

图 2-2 甲醇 C 号罐体爆炸破坏结构示意图Figure 2-2 A schematic diagram of explosion damage structure of methanol tank in C图 2-3 甲醇 C 罐爆炸瞬间支撑脚压力模拟示意图Figure 2-3 The simulation diagram of the pressure simulation of the instantaneous support fmethanol spherical tank CC 号罐被冲裂后造成大量甲醇外泄，爆炸引起大面积甲醇燃烧，火势延蔓延，相继加热低处的其他 5 个甲醇球罐，温度升高使 5 个甲醇球罐内压力上升，最终也相继发生爆炸。本次爆炸损坏的 6 个甲烷球罐均由 7 根直径为 0.856m 的金属支撑腿支除主起爆罐 C 号甲醇球罐与管道相连接处附近的 3 根支撑腿受到火焰炙烤如图 2-3 所示向内弯曲变形外，其余 5 个罐体均为原地起爆，支撑腿未受到破坏。因此可以推断，球罐可燃气体爆炸过程中，对于支撑腿的破坏影响较而对于罐体本身的破坏程度严重[43]。
【学位授予单位】：华北科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ086.52

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