[发明专利]基于断面痕迹测量的可燃气体管道爆炸强度推演方法

说明书

本发明公开一种基于断面痕迹测量的可燃气体管道爆炸强度推演方法，该方法包括如下步骤：分析爆炸后的可燃气体管道断面形成的阶梯状痕迹，根据两侧阶梯状痕迹相反的凸起指向，确定裂纹萌生位置；从裂纹萌生位置开始，分别向两侧测量不少于三组阶梯状痕迹的间距值，并分别计算两侧阶梯状痕迹的平均间距根据公式计算管道内混合气体的炮轰压力，即为管道爆炸强度。本发明的方法无需经过有限元分析即可实现爆炸强度推演，推演结果准确度高，且能够实现定量计算。

技术领域

本发明涉及管道爆炸事故反演领域，具体涉及一种基于断面痕迹测量的可燃气体管道爆炸强度推演方法。

背景技术

管道广泛应用于化工、核电、石油等过程工业，其内部往往输送可燃易爆的危险液体或气体。对于可燃气体管道，由于操作纰漏或者其他外界因素内部可能混入空气或氧气，进而在管道内形成可燃混合气体，在某些条件下管道内混合气体会被点燃，火焰在管道内加速后形成爆燃、爆轰，进而导致管道爆炸事故的发生，造成严重危害。比如日本Hamaoka核电站管道爆炸事故，调查结果表明是管道内氢气、氧气点燃发生爆轰所致。

管道爆炸事故分析调查中很重要的一点是爆炸强度的反演，进而推断事故的起因与发展过程。对于可燃气体管道爆炸，由于内部往往会形成爆轰，所以爆炸强度的反演主要是对爆轰压力的反演。目前爆炸强度的反演主要采取经验或半经验的方法，依据主要是管道或周围建筑物及其他结构的毁坏程度，缺乏明确、定量的数据依据，推演结果往往不够精确，且易受人员专业程度与经验的影响。

近期研究表明爆炸后管道的断面上往往存在“阶梯”状痕迹，但这种痕迹的相关特征与爆轰压力或爆炸强度的对应关系尚不明确，目前尚无根据管道断面痕迹特征推演管道爆炸强度的有效方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于断面痕迹测量的可燃气体管道爆炸强度推演方法，推演结果准确度高，且能够实现定量计算。

一种基于断面痕迹测量的可燃气体管道爆炸强度推演方法，该方法包括如下步骤：

(1)因管道断面上裂纹萌生位置两侧的阶梯状痕迹凸起指向相反，因此分析爆炸后的可燃气体管道断面形成的阶梯状痕迹，根据两侧阶梯状痕迹相反的凸起指向，确定裂纹萌生位置；

(2)由于起爆位置与裂纹萌生位置往往不在同一轴向位置，载荷的不对称性使得两裂尖扩展速率不同，形成的阶梯状痕迹间距总是一侧大、另一侧小。因此，从裂纹萌生位置开始，分别向两侧测量不少于三组阶梯状痕迹的间距值，定义裂纹萌生位置两侧阶梯状痕迹间距分别为d₁、d₂，分别计算两侧阶梯状痕迹的平均间距且

(3)查阅管道运行工艺参数，获得管道内介质/气体的类型与组成，确定爆炸前管道内气体的绝对压力p₀和热力学温度T。根据管道内混合气体的类型与体积分数，计算混合气体的平均摩尔质量

式中，M_i为第i种气体的摩尔质量，n_i为第i种气体的体积分数或摩尔分数。

根据下式计算管道内混合气体的炮轰压力p，即为管道爆炸强度：

其中，p₀为爆炸前管道内气体的绝对压力，T为热力学温度，E、ρ、v分别为管材的弹性模量、密度和泊松比，通过查阅材料力学性能手册或数据库，或对爆炸后管道取样开展材料力学性能实验来获得；R为理想气体常数，为8.314J/(mol·K)；γ为爆炸前管道内混合气体的绝热指数，对于氢气、甲烷、空气等常见气体可取值1.4，其他类型或混合气体可查取资料获得；D为管道中径，通过查阅管道设计资料或对爆炸后管道进行测量来获得；α为两裂尖轴向扩展平均速率的比值，α1，取值范围通常是0.70-0.98，多数情况下α可取值0.95。

本发明的有益效果如下：