可燃蒸气云爆炸评估方法与流程

本发明涉及一种可燃蒸气云爆炸评估方法。

背景技术：

对于可燃气体爆炸评估分析，目前主要可用的方法有tnt(三硝基甲苯炸药)当量法、tno(荷兰科学研究院)多能法和cfd方法。对于tnt当量法，由于无法考虑气体受约束或受阻碍的程度，api752等标准已明确规定tnt当量法不能用于危险工厂的气体爆炸评估。tno多能法主要运用于部分受限或受阻碍气体爆炸，并考虑爆炸区域内的气体受阻碍或部分受约束的程度，但该方法在确定爆炸源燃烧能时需要认为进行估算，估算结果与实际燃烧能可能存在偏差，从而导致在计算远场冲击波时计算结果精度不高。cfd(计算流体动力学)方法可以对气体爆炸的瞬态过程进行模拟，且能考虑气体爆炸所处的具体环境、设备布置、点火位置、防爆设施等多种因素的影响，但这种方法需要建立与真实评估装置一致的三维几何模型，在进行全厂性的可燃气体爆炸评估分析时，建模及仿真计算时间都极大的增加，很难实现大规模工程应用。

《tno多能法在蒸气云爆炸模拟评价中的工程应用》[张瑞华等，华南理工大学学报(自然科学版)，2006年7月7日]分析了tno多能法在工程应用中存在的问题，并提出相应的解决方法，以提高其工程应用可操作性，并归纳提出选取爆炸源强度等级的依据，解决多能法在应用过程中手工查爆炸波特征曲线读数易带来的误差问题。该文献也指出tno多能法进行工程应用时，大多都是从安全和保守出发，选择爆炸源强度等级较高的曲线进行计算，使得计算结果较为保守，夸大了蒸气云爆炸的后果。此文献对于选取爆炸源强度选择的原则是：对于敞开空间区域，爆炸源强度等级为1；对于敞开空间且有少量树木存在的区域，爆炸源强度等级为2；对于敞开空间但是一开始就存在湍流或者由于喷射泄漏产生的湍流，爆炸源强度为3；对于储罐库区等一定程度首先空间，爆炸源强度等级为7；对于工艺装备，爆炸源强度等级为10。此解决方法是根据前人的经验，定性的进行爆炸强度的选择，精确度较低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中计算精度较差、评估速度较低的问题，提供一种新的可燃蒸气云爆炸评估方法。该方法具有精度较高、评估速度大的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种可燃蒸气云爆炸评估方法，包括：(1)建立泄漏核心区域全尺寸的三维物理模型；(2)根据可信的事故场景，计算泄漏出的可燃气体的量；(3)采用基于n-s方程、连续性方程和能量方程的三维定量评估方法，定量的计算爆炸源燃烧能，并确定爆炸源的强度等级；(4)根据得到的爆炸源燃烧能和爆炸源的强度等级，计算得到sachs比拟超压计算得到远场的爆炸冲击波值。

上述技术方案中，优选地，根据现场实际情况绘制装置泄漏核心区域全尺寸的三维物理模型，三维模型是进行cfd泄漏及燃爆计算的输入条件之一。

上述技术方案中，优选地，基于装置的危险性分析，选出可能发生泄漏事故的危险点，选取不同的泄漏孔径、操作温度、操作压力、存储介质、速度、风向，同时考虑装置现场的实际布局及点火位置等因素，最终确定可信的泄漏及燃爆事故场景。

上述技术方案中，优选地，利用三维物理模型和事故场景，采用基于n-s方程、连续性方程和能量方程的计算方法的cfd模拟技术进行事故场景的模拟计算，计算得到不同事故场景下可燃气体的泄漏量和爆炸中心处的爆炸超压，确定爆炸源的燃烧能和爆炸强度。

上述技术方案中，优选地，根据得到的爆炸源燃烧能和爆炸源的强度等级，确定比拟距离

上述技术方案中，优选地，根据比拟距离与最大侧向超压的关系表，得到sachs比拟超压

本发明的目的是针对现有可燃蒸气云爆炸评估方法计算精度低、计算时间长的问题，提出一种计算精度高、计算速度快，且便于工程应用的可燃蒸气云爆炸评估方法。可以提高可燃蒸气云爆炸的计算精度高、极大的提高评估速度，便于工程应用，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图。

图2为比拟距离与最大侧向超压的关系表。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种可燃蒸气云爆炸评估方法，如图1所示，包括如下步骤：

1、利用三维工具，建立装置泄漏核心区域全尺寸的三维物理模型；

2、根据装置的实际运行温度、压力、介质以及装置的实际尺寸，评估装置可能发生的事故，并根据可信的事故场景，计算泄漏出的可燃气体处于爆炸极限内的气体的量；

3、利用所构建的三维物理模型和可信事故下可燃气体的量，采用基于n-s方程、连续性方程和能量方程的三维定量评估方法，定量的计算爆炸源区域内的燃烧能，并确定爆炸源的强度等级。

评估方法由以下三部分组成：

1)、三维模型：三维模型根据现场实际情况绘制装置泄漏核心区域全尺寸的三维物理模型。三维模型是进行cfd泄漏及燃爆计算的输入条件之一。

2)、可信的燃爆事故场景：基于装置的危险性分析，选出可能发生泄漏事故的危险点，选取不同的泄漏孔径、操作温度、操作压力、存储介质、速度、风向等，同时考虑装置现场的实际布局及点火位置等因素，最终确定可信的泄漏及燃爆事故场景。

3)、基于cfd计算的泄漏及燃爆计算结果：利用三维模型和事故场景，采用基于n-s方程、连续性方程和能量方程的计算方法的cfd模拟技术进行事故场景的模拟计算，计算得到不同事故场景下可燃气体的泄漏量和爆炸中心处的爆炸超压，确定爆炸源的燃烧能e和爆炸强度。

4、根据得到的爆炸源燃烧能和爆炸源的强度等级，确定比拟距离

式中，为爆炸源的sachs比拟距离(无量纲)；r为距爆炸源的距离；e为爆炸源的燃烧能；pa为环境大气压。

通过查图2得到sachs比拟爆炸超压远场处的爆炸超压的计算见下式：

式中，p为爆炸超压，单位为pa；为sachs比拟超压(无量纲)；pa为环境大气压。

得到比拟超压后，即可通过式3-4计算得到远场的爆炸冲击波值。

【比较例】

《tno多能法在蒸气云爆炸模拟评价中的工程应用》[张瑞华等，华南理工大学学报(自然科学版)，2006年7月7日]分析了tno多能法在工程应用中存在的问题，并提出相应的解决方法，以提高其工程应用可操作性，并归纳提出选取爆炸源强度等级的依据，解决多能法在应用过程中手工查爆炸波特征曲线读数易带来的误差问题。该文献也指出tno多能法进行工程应用时，大多都是从安全和保守出发，选择爆炸源强度等级较高的曲线进行计算，使得计算结果较为保守，夸大了蒸气云爆炸的后果。此文献对于选取爆炸源强度选择的原则是：对于敞开空间区域，爆炸源强度等级为1；对于敞开空间且有少量树木存在的区域，爆炸源强度等级为2；对于敞开空间但是一开始就存在湍流或者由于喷射泄漏产生的湍流，爆炸源强度为3；对于储罐库区等一定程度首先空间，爆炸源强度等级为7；对于工艺装备，爆炸源强度等级为10。此解决方法是根据前人的经验，定性的进行爆炸强度的选择，精确度较低。

本发明的方法，计算精度高(采用cfd三维模拟技术，定量的评估爆炸核心区域超压，从而准确的计算爆炸源强度等级，相比仅仅依靠过往经验的评估方法，精度显著提高)，极大的提高评估速度(传统的cfd模拟评估方法，需要构建与整个厂区相一致的三维模型，模型构建需要花费大量的时间，本方法只需要构建爆炸核心区域的装置模型即可，建模时间极大的减少)，便于工程应用，取得了较好的技术效果。