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Numerical prediction of ground vibrations induced by LPG boiling liquid expansion vapour explosion(bleve)inside a road tunnel

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Underground Space 2023年第5期12卷 44-64页

作者： Ruishan Cheng Wensu Chen Hong Hao Jingde Li Center for Infrastructural Monitoring and Protection School of Civil and Mechanical EngineeringCurtin UniversityBentley 6102Australia Earthquake Engineering Research&Test Center Guangzhou UniversityGuangzhou 510006China

Accidental boiling liquid expansion vapour explosions(bleves)caused by the bursting of liquified petroleum gas(LPG)tank inside a tunnel can induce vibrations of its surrounding geological media and threaten the stability of adjacent tunnels and structures.Therefore,it is essential to understand the characteristics of vibrations induced by LPG bleves inside the tunnel for the safety design of its adjacent structures.Owing to the difficulty in effectively predicting the LPG bleve loads,the current practice usually employs equivalent methods,e.g.,the TNT-equivalency method,in LPG bleve load predictions for structural response analysis,which may lead to inaccurate response predictions.This study compares ground vibrations induced by a bleve inside an arched road tunnel with those induced by its equivalent TNT explosion via high-fidelity numerical simulations.The results demonstrate that the frequency of bleveinduced vibrations is lower than that induced by the TNT explosion at the same scaled distance.The intensity of LPG bleve-induced vibrations at relatively small-scaled distances is lower than that of TNT explosion-induced vibrations at the same scaled distance,but becomes higher after a certain scaled distance because of the relatively low attenuation rate.In addition,parametric analysis is conducted to evaluate the effects of various factors on the characteristics of LPG bleve-induced ground vibrations.It is found that the surrounding rock type,the rock porosity,and the cover depth of the tunnel have more significant influences than the concrete grade of the tunnel lining.The recommendation for the tunnel design is also given based on the intensity and frequency characteristics of bleve-induced vibrations.

关键词： Tunnel bleve TNT explosion Vibration intensity Vibration frequency

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火灾条件下开敞空间LPG储罐的bleve试验

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爆炸与冲击 2023年第12期43卷 154-165页

作者：段仁武李展颜海春方秦陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007

为研究火灾条件下开敞空间液化石油气(liquefied petroleum gas, LPG)储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(boiling liquid expansion vapor explosion,bleve)的荷载特征及爆炸波传播规律,研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置,开展了小尺寸LPG储罐BL... 详细信息

为研究火灾条件下开敞空间液化石油气(liquefied petroleum gas, LPG)储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(boiling liquid expansion vapor explosion,bleve)的荷载特征及爆炸波传播规律,研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置,开展了小尺寸LPG储罐bleve试验,分析了LPG储罐的bleve过程及超压荷载特征,讨论了滤波片、LPG质量、储罐形状等因素对爆炸超压的影响,总结了已有bleve超压荷载的简化计算模型,对比试验数据与简化模型预测结果,给出了简化计算模型的适用范围。研究结果表明:次生蒸气云爆炸对开敞空间bleve超压荷载影响有限;bleve超压荷载峰值随爆源中心距离的增加而减小,随储存介质质量的增大而增大;在bleve超压荷载简化计算模型中,使用Brode模型计算爆炸能量最为保守,Planas模型仅能较准确地预测大尺度试验的结果,Birk模型则能较准确地预测大、中、小尺度试验的结果,但其结果略低于实验结果;规范建议的超压荷载计算方法中,Baker-Tang爆炸曲线法预测效果优于TNT当量法。

关键词： LPG bleve 超压荷载简化计算模型多尺度

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球罐bleve碎片抛射的危害性研究

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高压物理学报 2009年第5期23卷 389-394页

作者：钱新明徐亚博刘振翼北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

多米诺效应是造成重大事故损失加剧、灾难升级的一个重要原因。爆炸碎片是化工区多米诺事故的重要诱因之一。以球罐液体沸腾进而扩展为蒸气云爆炸(bleve)为例,从爆炸碎片飞行过程的规律性及碎片产生抛射的不确定性出发,采用蒙特卡罗方... 详细信息

多米诺效应是造成重大事故损失加剧、灾难升级的一个重要原因。爆炸碎片是化工区多米诺事故的重要诱因之一。以球罐液体沸腾进而扩展为蒸气云爆炸(bleve)为例,从爆炸碎片飞行过程的规律性及碎片产生抛射的不确定性出发,采用蒙特卡罗方法进行模拟,利用相关数据和资料确定爆炸碎片产生和飞行中的不确定性参数,计算出碎片的抛射范围。并在此基础上,计算得到了不同充装水平下的球罐爆炸后产生碎片碰撞两种目标容器的概率。研究发现:当目标容器不同时,储罐爆炸产生碎片的碰撞概率差别较大;当目标容器一定时,不同充装水平的储罐可造成的多米诺效应虽有不同,但差别不大。研究结果对于定量评价储罐爆炸碎片的危害性,减缓和控制碎片产生的风险,确定罐区之间防护碎片危害所需的安全距离等提供了指导和借鉴。

关键词：球罐碎片 bleve 蒙特卡罗法不确定性

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球罐bleve碎片抛射的Monte-Carlo分析

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化工学报 2009年第4期60卷 1057-1061页

作者：钱新明徐亚博刘振翼北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

多米诺效应是引发化工厂发生重大灾害性事故的主要原因之一,其总后果的严重性远远超过初始事故后果的严重性。目前研究多米诺效应主要考虑热辐射、超压和碎片3种扩展向量,其中爆炸碎片具有很大的随机性,而且破坏后果常常很严重。对爆炸... 详细信息

多米诺效应是引发化工厂发生重大灾害性事故的主要原因之一,其总后果的严重性远远超过初始事故后果的严重性。目前研究多米诺效应主要考虑热辐射、超压和碎片3种扩展向量,其中爆炸碎片具有很大的随机性,而且破坏后果常常很严重。对爆炸碎片的研究是个热点和难题。本文以墨西哥城液化石油气爆炸事故中球罐发生沸腾液体扩展为蒸气云爆炸(bleve)为例,通过Monte-Carlo方法模拟,利用有关的数据和资料确定爆炸碎片产生和飞行中的不确定性参数的概率密度分布,从而计算出碎片的抛射范围。并在此基础上,考虑目标容器和风的影响,将二维轨迹方程扩展为三维方程,并计算得到在给定位置处的目标容器受到碎片冲击的概率。本文的研究结果对于定量评价球罐发生bleve之后碎片所造成的危险分析具有重要意义。

关键词：球罐碎片 bleve Monte-Carlo法不确定性

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LPG球罐bleve过程中超压与热耦合效应模拟研究

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工业安全与环保 2022年第1期48卷 1-4,9页

作者：高玉格马鑫关磊卢晓刚李铁刘建中国安全生产科学研究院北京100012 北京科技大学北京100083 青岛中油华东院安全环保有限公司山东青岛266071

为评估LPG球罐发生bleve过程中超压与热耦合效应对化工企业抗爆控制室和避难所选址的影响,采用TNO多能法数学模型计算冲击波超压,采用多源数学模型计算火球热辐射。编写MATLAB计算程序,并应用ANSYS模拟二者破坏效应的耦合作用。LPG球罐... 详细信息

为评估LPG球罐发生bleve过程中超压与热耦合效应对化工企业抗爆控制室和避难所选址的影响,采用TNO多能法数学模型计算冲击波超压,采用多源数学模型计算火球热辐射。编写MATLAB计算程序,并应用ANSYS模拟二者破坏效应的耦合作用。LPG球罐发生bleve过程中,爆炸冲击波的传播速度、持续时间和火球的传播速度、持续时间不同,爆炸冲击波主要在燃料高速抛散的初期形成,之后基本与火球脱离。分别模拟计算冲击波超压和火球热辐射对抗爆控制室和避难所的影响,结果表明:抗爆控制室选址只需考虑爆炸冲击波的影响;避难所选址需要考虑冲击波超压和火球热辐射作用双重影响。在研究基础上提出,LPG球罐附近人员逃生的避难所应设置在球罐防火堤外紧邻防火堤处的地下,应具有抗震、防渗、防火、防中毒窒息等功能。人员应在bleve发生前进入避难所才能逃生。

关键词： bleve 耦合效应抗爆控制室避难所冲击波超压火球

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bleve超压模型与试验对比分析

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安全与环境学报 2016年第4期16卷 116-120页

作者：王庆慧邹伟荣皓月东北石油大学机械科学与工程学院黑龙江大庆163318 中国石油大庆昆仑燃气有限公司黑龙江大庆163000 大庆市安全生产监督管理局黑龙江大庆163000

为研究液化气体泄漏时的沸腾液体膨胀蒸气爆炸(bleve)现象,从热力学和动力学角度出发,根据液化气体或超过常温沸点的高温液体泄漏特性,建立了液化气体泄漏发生bleve现象的滞止时间数学模型。在前期理论研究基础上,利用试验测定过热水爆... 详细信息

为研究液化气体泄漏时的沸腾液体膨胀蒸气爆炸(bleve)现象,从热力学和动力学角度出发,根据液化气体或超过常温沸点的高温液体泄漏特性,建立了液化气体泄漏发生bleve现象的滞止时间数学模型。在前期理论研究基础上,利用试验测定过热水爆沸反应的时间,验证所建滞止时间模型的有效性。采用电磁阀控制压力容器泄放管泄压,模拟发生泄漏,对采集的压强变化数据进行分析,确定过热水发生bleve现象的滞止时间。对试验测定与理论计算得到的滞止时间进行分析比较,得出相对平均误差小于6%,表明所建模型的有效性较高。滞止时间的研究是分析bleve机理及压力容器是否失效或发生更严重事故的关键。

关键词：安全工程液化气体过热液体 bleve 势垒滞止时间

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数量化风险评价中bleve火球质量确定方法分析

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石油与天然气化工 2008年第2期37卷 166-168页

作者：孟亦飞蒋军成南京工业大学安全工程研究所

数量化风险评价过程中,bleve火球质量是确定火球灾害严重程度的关键,对火球质量的确定计算理论进行了分析,研究了火球质量的三个主要影响因素:bleve发生前容器中物料的质量Mt、爆炸前物料状态参数及爆炸后物料状态参数,从热bleve及冷BL... 详细信息

数量化风险评价过程中,bleve火球质量是确定火球灾害严重程度的关键,对火球质量的确定计算理论进行了分析,研究了火球质量的三个主要影响因素:bleve发生前容器中物料的质量Mt、爆炸前物料状态参数及爆炸后物料状态参数,从热bleve及冷bleve两个角度出发,分析各自过程,给出了各个影响参数的确定方法,以取代目前普遍使用的初始充装量替代法。

关键词：数量化风险评价 bleve 火球爆炸状态参数

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危险液化气体bleve扩散特性模拟研究

危险液化气体BLEVE扩散特性模拟研究

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作者：卜玉天津大学

学位级别：硕士

把各种气体以液体形式储存是日常以及工业中一种十分广泛的手段。液化气体容器在生产、使用和运输过程中潜在的安全性问题也正在引起人们更高的重视。过热液体膨胀蒸气爆炸（bleve）作为液化气体事故中后果最严重,潜在可能最普遍的事故... 详细信息

把各种气体以液体形式储存是日常以及工业中一种十分广泛的手段。液化气体容器在生产、使用和运输过程中潜在的安全性问题也正在引起人们更高的重视。过热液体膨胀蒸气爆炸（bleve）作为液化气体事故中后果最严重,潜在可能最普遍的事故模式,对它的研究成为近20年来安全工程建设的热点之一。本文针对液化气体bleve事故产生的云团,根据可供对比验证的小尺度室内实验,用CFD法进行建模,从微观上液滴群和宏观上云团两个角度对传质传热和介质运动过程进行研究。通过对比数值模拟与实验数据,证明了本文模型和数值模拟的可靠性。根据选定小尺度实验建立了三维模型并用有限体积法进行流场离散化,模拟中引用液滴在容器位置就已形成的假设,通过C语言编程优化液滴初始速度,采用液滴沸腾蒸发模型、液滴破碎模型、随机轨道模型以及R-R液滴直径分布来描述液滴群的运动,用拉格朗日-欧拉法来进行数值模拟。通过数值模拟得到了液滴的沸腾蒸发速率、直径分布、温度分布和云团体积变化、云团内介质质量分数变化、云团温度等。继而本文又考虑了环境风速、不同介质物性两个因素对液滴过热蒸发及云团扩散过程的影响。本文还通过对比两种常见危险液化气体的模拟结果,研究了物性参数对bleve后果液滴蒸发迸裂及液滴和空气热量传递过程的影响。通过模拟不同风速下bleve后果云团的运动过程,对不同阶段风速对云团的影响进行了分析和讨论。论文中还将本文模型的模拟结果的和传统扩散箱模型理论进行对比,对比结果表明本模型具有较好的优化性。这些工作对用CFD法的延伸有积极的推动作用,深化了bleve事故后果的理论研究,为科学防御和治理液化气蒸气爆炸事故后果提供理论依据,为后续相关的安全工程建设奠定科学基础。

关键词： bleve 过热液滴云团扩散危险液化气体

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基于bleve事故风险场的LNG储罐区安全防护距离及应用研究

基于BLEVE事故风险场的LNG储罐区安全防护距离及应用研究

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作者：崔月冬重庆科技学院

学位级别：硕士

目前,在石化企业危化装置发生的事故中,有许多是由于其与周围人员、设备和建筑等防护目标的安全防护距离不足而导致事故发生后给周围带来较为严重的事故后果,如重大的人员伤亡和财产损失等。而国内LNG储罐区正在不断大范围地兴建,使得LN... 详细信息

目前,在石化企业危化装置发生的事故中,有许多是由于其与周围人员、设备和建筑等防护目标的安全防护距离不足而导致事故发生后给周围带来较为严重的事故后果,如重大的人员伤亡和财产损失等。而国内LNG储罐区正在不断大范围地兴建,使得LNG储罐区的安全性和可靠性也得到了广泛的关注,其中,LNG储罐区与周围敏感区域之间的安全防护距离便是重点关注的问题之一。在进行LNG储罐区的建设和规划时,需要优先考虑LNG储罐区与周围防护目标之间的安全防护距离,若安全防护距离不够,则就不应当投入运营。国内现在还没有专门的确定LNG储罐区安全防护距离的方法,其相关标准中提及的防火间距等在实际应用中存在一定的局限,并不能用其完全替代安全防护距离,因此,亟需对LNG储罐区安全防护距离的确定方法进行分析。由于LNG本身易燃易爆,若LNG储罐产生破坏就可能导致大量的液化天然气向外泄漏,遇到火源会引发火灾或爆炸等灾害事故,其中一种最为严重的事故形式是沸腾液体扩展蒸气爆炸(bleve),火球热辐射是bleve的主要危害,这会对我国生产和经济发展造成巨大的损失,以及严重的人员伤亡。因此本文重点分析LNG储罐区产生bleve火球事故时所对应的安全防护距离,通过引入风险场的相关概念,构建出LNG储罐区bleve火球事故的风险场模型,并且以bleve事故风险场模型为基础对LNG储罐区的安全防护距离进行分析。本文首先对LNG的基本特性和危害性进行分析,在此基础上分析LNG储罐区的风险,找出LNG储罐区可能存在的风险因素。然后利用LNG储罐区的bleve火球事故模型,同时结合bleve火球热辐射伤害准则,对LNG储罐区bleve事故的伤害范围进行分析,并运用MATLAB软件通过曲线拟合进一步得到火球热辐射与距离的函数关系式,且采用人体脆弱模型求出bleve事故导致人员死亡的个人死亡概率。再采用事故树去分析LNG储罐区bleve事故的发生概率,并根据LNG储罐区的实际情况,建立bleve事故树,采用最小径集法去计算bleve事故树顶事件的发生概率。接着借鉴道化学、蒙德法关于安全系数取值的方法,求出包含安全意识补偿系数和消防救援补偿系数的LNG储罐区安全补偿系数体系的取值。然后综合以上LNG储罐区bleve事故的发生概率,造成人员死亡的个人死亡概率以及安全补偿系数体系取值,并参照场论的相关知识和场模型的建立过程,构建LNG储罐区bleve事故的风险场模型,借助风险场模型计算风险场中各位置的风险值,并采用MATLAB软件对计算出的风险值进行数值模拟并画出风险场中的一个风险等值面。最后依据国内外风险可接受标准的做法和相关标准,并结合我国LNG储罐区的实际情况,确定LNG储罐区的风险可接受标准,将其与运用风险场模型求出的储罐区各位置的风险进行对比分析,可以采用使两者相等的办法,求取LNG储罐区bleve事故下的最小安全防护距离,并将该安全防护距离的确定方法应用到某LNG储罐区工程实例中,以此来验证该方法的可行性和可靠性。本文通过风险场去确定LNG储罐区的安全防护距离,这是对石化企业危化装置安全防护距离的确定进行的一种比较有意义的探讨,可以为危化装置安全防护距离的确定提供一定的参考价值,但接下来还需要深入结合现场的实际情况,对该方法展开进一步的改进,以确保所得的安全防护距离更加合理、有效。

关键词： LNG储罐区风险场安全防护距离 bleve 风险可接受标准

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bleve事故中火球热辐射伤害评价

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水运科学研究所学报 1998年第1期 12-19页

作者：朱建华

bleve 表示沸腾液体膨胀蒸气爆炸,是可燃液化气储运生产中一类重大事故。在比较、借鉴国外研究成果的基础上,本文提出了一套 bleve 事故中火球热辐射对人体伤害的评价方法,主要包括火球特性参数计算、火球热辐射对裸露人体及有服装防护... 详细信息

bleve 表示沸腾液体膨胀蒸气爆炸,是可燃液化气储运生产中一类重大事故。在比较、借鉴国外研究成果的基础上,本文提出了一套 bleve 事故中火球热辐射对人体伤害的评价方法,主要包括火球特性参数计算、火球热辐射对裸露人体及有服装防护人体的伤害评价等内容,并针对服装自燃着火及人体对火球的本能反应等因素的影响进行了研究。本文还选取一个 LPG 球罐为例,对评价方法的应用作了具体说明,并依据评价结果,提出了相应的安全措施。

关键词： bleve 火球热辐射伤害评价

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