强子英-汇报PPT

1、学士学位论文答辩学士学位论文答辩基于基于CFD的海洋平台爆炸的海洋平台爆炸模型构建、风险评估与控制措施研究模型构建、风险评估与控制措施研究 学学 号号: : 11042111专专 业业: : 安全工程安全工程姓姓 名名: : 强强 子子 英英指导老师指导老师: : 朱朱 渊渊 副教授副教授22022-6-161 1 绪论绪论2 2 海洋平台案例分析与总结海洋平台案例分析与总结目目 录录3 3 海洋平台爆炸模型建立海洋平台爆炸模型建立6 6 基于防爆泄压板的基于防爆泄压板的风险控制风险控制措施措施5 5 海洋平台爆炸风险评估海洋平台爆炸风险评估7 7 总结和展望总结和展望4 4 海洋平台爆炸数值

2、模拟分析海洋平台爆炸数值模拟分析32022-6-16 1.1 研究目的及意义研究目的及意义 研究研究海洋平台建模标准海洋平台建模标准，优化建模，提供建模参考；，优化建模，提供建模参考； 进行进行海洋平台爆炸数值模拟海洋平台爆炸数值模拟，研究其影响因素；，研究其影响因素； 根据海洋平台爆炸数值模拟，进行根据海洋平台爆炸数值模拟，进行风险评估风险评估，提出，提出风险控制措施风险控制措施。研研究究目目的的研研究究意意义义海洋平台建模标准对海洋平台模拟研究有重要海洋平台建模标准对海洋平台模拟研究有重要的基础作用和指导意义的基础作用和指导意义；研究海洋平台爆炸数值模拟影响因素，有利于研究海洋平台爆炸数值

3、模拟影响因素，有利于提高其安全可靠性，对平台建模也有指导意义；提高其安全可靠性，对平台建模也有指导意义；针对海洋平台爆炸进行风险评估和风险控制研针对海洋平台爆炸进行风险评估和风险控制研究，有利于保证人员安全和平台正常运行。究，有利于保证人员安全和平台正常运行。1 1 绪论绪论42022-6-16海洋海洋平台建模平台建模参参考标准。考标准。 1.2 研究主要内容研究主要内容海洋平台爆炸数海洋平台爆炸数值模拟值模拟影响因素影响因素及其影响规律。及其影响规律。海洋海洋平台爆炸平台爆炸风风险评估和风险控险评估和风险控制措施。制措施。1 1 绪论绪论52022-6-16 1.2 研究思路研究思路1 1

4、绪论绪论建模标准建模标准模拟分析模拟分析风险评估风险评估风险控制风险控制62022-6-16 2 海洋平台案例分析与总结海洋平台案例分析与总结三个典型案例：三个典型案例：典典型型案案例例墨西哥湾墨西哥湾“深水地平线号深水地平线号”钻井平台井喷爆炸钻井平台井喷爆炸；英国北海阿尔法平台爆炸事故英国北海阿尔法平台爆炸事故；巴西巴西P-36号平台爆炸事故号平台爆炸事故。案案例例总总结结 海洋平台爆炸事故一般是由很简单的初始原因引发，然而后续安全海洋平台爆炸事故一般是由很简单的初始原因引发，然而后续安全措施失效和风险控制措施失效，导致事故升级，最重要的是，措施失效和风险控制措施失效，导致事故升级，最重要

5、的是，初始初始的爆炸或其他初始事故导致重要的设备设施和关键工艺流程的失效的爆炸或其他初始事故导致重要的设备设施和关键工艺流程的失效，最终导致事故失控以及整个平台的破坏，最终导致事故失控以及整个平台的破坏。72022-6-16平平台台模模型型图图平台分上、中、下三层甲板，并且上下甲板之间分为平台分上、中、下三层甲板，并且上下甲板之间分为办公区、采油区和设备区，上层甲板上有直升机平台办公区、采油区和设备区，上层甲板上有直升机平台和工作平台。和工作平台。平台平台基本基本结构结构介绍介绍 3.1 海洋平台海洋平台物理物理模型建立模型建立本文统计了该模型上下本文统计了该模型上下层甲板之间的结构尺寸层甲板

6、之间的结构尺寸，如附录一（平台结构，如附录一（平台结构尺寸表）所示。尺寸表）所示。3 3 海洋平台爆炸模型建立海洋平台爆炸模型建立82022-6-16 3.2 海洋平台模型网格划分海洋平台模型网格划分和参数设置和参数设置网网格格划划分分类别类别名称名称XYZ核心区域核心区域最小值最小值/m978926最大值最大值/m12412336网网格尺寸格尺寸0.50m扩展区域扩展区域最小值最小值/m70605最大值最大值/m15015050最大网格最大网格1.25m参参数数设设置置 模拟类型设置为气体爆炸；模拟类型设置为气体爆炸； 设置设置96个监测点均匀分布在上下层甲板之间和关键设备、管道以及个监测点

7、均匀分布在上下层甲板之间和关键设备、管道以及通风口处通风口处； 燃料区域设置燃料区域设置：位置为：位置为（100,91,28）；尺寸设置为；尺寸设置为20 x28x6 ； 点火区域点火区域设置设置：位置：位置为（为（110,118,29）；尺寸；尺寸0 x0 x0。3 3 海洋平台爆炸模型建立海洋平台爆炸模型建立92022-6-16 3.3 海洋平台海洋平台子模型构建子模型构建原模型网格尺寸原模型网格尺寸标准一网格尺寸标准一网格尺寸标准二网格尺寸标准二网格尺寸0.5m1m0.25m网格划分网格划分蒸汽云体积蒸汽云体积 类别一类别一类类别二别二类别三类别三类类别别四四20 x28x610 x28

8、x620 x14x620 x28x3点点火火源源位位置置横横截截面面积积子模型一子模型一子模型二子模型二=0.01=0.04子模型三子模型三子模型四子模型四=0.08=0.1类别五类别五类别六类别六类别七类别七5x28x620 x7x620 x28x1.53 3 海洋平台爆炸模型建立海洋平台爆炸模型建立102022-6-16 4.1 网格划分对爆炸数值模拟的影响网格划分对爆炸数值模拟的影响模拟误差模拟误差最最大大超超压压折折线线图图标标准准一一误误差差最大误差最大误差平均误差平均误差1.4521580.6213标标准准二二误误差差最大误差最大误差平均误差平均误差0.4379770.2278根据

9、折线图和上表数据显示，标准一的较大超压为计算根据折线图和上表数据显示，标准一的较大超压为计算误差导致，表明误差导致，表明网格尺寸划分越大，则计算误差越大网格尺寸划分越大，则计算误差越大。则，则，使用原模型网格划分为最佳使用原模型网格划分为最佳。4 4 海洋平台爆炸数值模拟分析海洋平台爆炸数值模拟分析112022-6-16蒸汽云蒸汽云体积越大，超压越大体积越大，超压越大；同一体积不同尺寸的蒸汽云爆炸压力场传播不同，同一体积不同尺寸的蒸汽云爆炸压力场传播不同，Z方向的尺寸变化对于爆炸效果的影响最大方向的尺寸变化对于爆炸效果的影响最大；应采取最大尺寸即类别一应采取最大尺寸即类别一20 x28x6，包

10、含上下层甲板，包含上下层甲板之间，可以避免尺寸的不同导致的影响。之间，可以避免尺寸的不同导致的影响。 4.2 蒸汽云尺寸蒸汽云尺寸对爆炸数值模拟的影响对爆炸数值模拟的影响数数据据分分析析超压变化折线图超压变化折线图4 4 海洋平台爆炸数值模拟分析海洋平台爆炸数值模拟分析122022-6-16 4.3点火源位置对爆炸数值模拟的影响点火源位置对爆炸数值模拟的影响超超压压折折线线图图点火源在边缘位置一（点火源在边缘位置一（110，118，29）处时，爆炸超压最）处时，爆炸超压最大，超压曲线明显，模拟结果良好大，超压曲线明显，模拟结果良好；点火源在边缘位置四；点火源在边缘位置四（118，110，29）

11、处时，爆炸超压最小，超压曲线变化不）处时，爆炸超压最小，超压曲线变化不大，模拟结果不好大，模拟结果不好数数据据分分析析4 4 海洋平台爆炸数值模拟分析海洋平台爆炸数值模拟分析132022-6-16 4.3点火源位置对爆炸数值模拟的影响点火源位置对爆炸数值模拟的影响压压力力场场传传播播图图边缘位置一边缘位置一边缘位置边缘位置二二中间位置中间位置初始爆初始爆炸炸初始爆初始爆炸炸初始爆初始爆炸炸爆炸传播爆炸传播最大超最大超压压爆炸传播爆炸传播爆炸传播爆炸传播最大超最大超压压爆炸传播爆炸传播爆炸传播爆炸传播最大超最大超压压爆炸传播爆炸传播最大超压位置一般发生在离点火源位置最远的区域最大超压位置一般发生

12、在离点火源位置最远的区域，这个距离不是直线距，这个距离不是直线距离，而是点火源位置到该点的通道距离；离，而是点火源位置到该点的通道距离；通风口附近的点火源位置的超压都不是很大通风口附近的点火源位置的超压都不是很大；点火源位置一爆炸效果最佳点火源位置一爆炸效果最佳，超压最大，为最佳点火位置。，超压最大，为最佳点火位置。4 4 海洋平台爆炸数值模拟分析海洋平台爆炸数值模拟分析142022-6-16 4.4 横截面积对爆炸数值模拟的影响横截面积对爆炸数值模拟的影响在横截面积为在横截面积为0.04以上的元素对于爆炸数值模拟影响很大以上的元素对于爆炸数值模拟影响很大，建模时不能忽略。，建模时不能忽略。原

13、模型原模型子模型一子模型一（=0.01）子模型二子模型二（=0.04）子模型三子模型三（=0.08）子模型四子模型四（=0.1）最大超压最大超压6.7534.4820.5900.4910.475根据最小二分法思想，根据最小二分法思想，再对横截面积再对横截面积0.010.04之间的元素进行再分之间的元素进行再分，将该区，将该区间的元素平均横截面积间的元素平均横截面积0.025，则将平均横截面积小于等于，则将平均横截面积小于等于0.025的元素删除建的元素删除建成子模型五，进行爆炸数值模拟。成子模型五，进行爆炸数值模拟。超超压压对对比比折折线线图图与与原原模模型型对对比比误误差差最大误差最大误差平

14、均误差平均误差子模型一子模型一0.291420.1576子模型二子模型二0.9022320.8007子模型五子模型五0.5162720.28654 4 海洋平台爆炸数值模拟分析海洋平台爆炸数值模拟分析152022-6-16 4.4 横截面积对爆炸数值模拟的影响横截面积对爆炸数值模拟的影响再将横截面再将横截面积积为为0.01 以下以下的元素细分，求出其平均横截面积的元素细分，求出其平均横截面积0.0025 ，则，则将将原模型中小于等于原模型中小于等于0.0025 的元素删除建立子模型六的元素删除建立子模型六，数据整理得子模型，数据整理得子模型六对于原模型的平均超压误差为六对于原模型的平均超压误差

15、为4.65%。将横截面即为将横截面即为0.0025 0.01 之间的元素的平均横截面积计算出来，求得之间的元素的平均横截面积计算出来，求得0.005 ，再将，再将原模型中横截面积小于等于原模型中横截面积小于等于0.005 的元素删除建成子模型七的元素删除建成子模型七，以同样的方式计算原模型与子模型七之间的超压误差，以同样的方式计算原模型与子模型七之间的超压误差超超压压折折线线对对比比图图数据整理得子模型七对于数据整理得子模型七对于原模型原模型的的平均超压误差为平均超压误差为9.9%。建模时，可以忽略直径为建模时，可以忽略直径为0.08m以下的管道和圆形以下的管道和圆形截面元素，以及水力学直截面

16、元素，以及水力学直径为径为0.08m以下的异形截以下的异形截面元素。面元素。4 4 海洋平台爆炸数值模拟分析海洋平台爆炸数值模拟分析162022-6-16井场温度变化井场温度变化 5.1 上层甲板风险评估上层甲板风险评估设备设施分布图设备设施分布图右侧和下侧区域右侧和下侧区域超压较大大超压较大大，可导致该区域平台钢架结构变形或破裂，人员内脏严重受可导致该区域平台钢架结构变形或破裂，人员内脏严重受损或死亡。损或死亡。设备受到不同程度的损伤，但不会失效。设备受到不同程度的损伤，但不会失效。直升机平台直升机平台区域风险最小区域风险最小，人员可，人员可以在紧急求生时由此登机。以在紧急求生时由此登机。压

17、力场变化图压力场变化图初始爆炸初始爆炸爆炸传播爆炸传播最大超压最大超压爆炸传播爆炸传播5 5 海洋平台爆炸风险评估海洋平台爆炸风险评估172022-6-16 5.2 中层甲板风险评估中层甲板风险评估设备设施分布图设备设施分布图压力场变化图压力场变化图初始爆炸初始爆炸爆炸传播爆炸传播最大超压最大超压爆炸传播爆炸传播重要设备采油树重要设备采油树、输油管道输油管道和和储油罐破裂储油罐破裂，钢架结构毁坏，平台中层甲板坍塌钢架结构毁坏，平台中层甲板坍塌。设备区。设备区和采油区毁坏；和采油区毁坏；办公区风险最小办公区风险最小，人员基本无伤害。，人员基本无伤害。5 5 海洋平台爆炸风险评估海洋平台爆炸风险评

18、估182022-6-16 5.3 下层甲板风险评估下层甲板风险评估设备设施分布图设备设施分布图压力场变化图压力场变化图初始爆炸初始爆炸爆炸传播爆炸传播最大超压最大超压爆炸传播爆炸传播钢架结构板房毁坏，钢架结构变形，钢架结构板房毁坏，钢架结构变形，储油罐破裂储油罐破裂以及重型液压机轻微受损，以及重型液压机轻微受损，人员听觉器人员听觉器官受损或者骨折官受损或者骨折。采油区和设备区严重受损，办公区风险最小采油区和设备区严重受损，办公区风险最小。5 5 海洋平台爆炸风险评估海洋平台爆炸风险评估192022-6-16 6 基于防爆泄压板的风险控制措施基于防爆泄压板的风险控制措施建筑设计防火规范建筑设计防

19、火规范（GB50016-2006）32CV10A国家建筑标准设计图国家建筑标准设计图集集(09CJ20/09CGl2)202022-6-16 6 基于防爆泄压板的风险控制措施基于防爆泄压板的风险控制措施采油泄压区采油泄压区X=20m，Y=17m，Z=10m设备泄压区设备泄压区X=10m，Y=8m，Z=6m采油泄压区长径比为：采油泄压区长径比为：20 x(10+17)x2/(17x10 x4)=1.593设备泄压区长径比为：设备泄压区长径比为：10 x(6+8)x2/(6x8x4)=1.463根据公式根据公式 ，根据建筑设计根据建筑设计防火规范（防火规范（GB50016-2006）3.6.3取取C=0.11。采油区泄压面积为采油区泄压面积为248.72m2；设备区泄压面积为设备区泄压面积为67.44m232CV10A采油泄压区域存在泄压口采油泄压区域存在泄压口面积面积230m2，设备泄压区域设备泄压区域存在泄存在泄压口面积压口面积60m2。则。则实际泄压面实际泄压面积分别为积分别为20m2和和8m2。选取网架板标准规格，采油泄压区域需要至少选取网架板标准规格，采油泄压区域需要至少3个网架泄压板个网架泄压板。设备