蒸气云火灾爆炸模型模拟计算软件的开发与应用

设 计 与 计 算 蒸气云火灾爆炸模型模拟计算软件的开发与应用 杨 　倩 , 宋建池 (郑州大学 化工学院 , 河南 郑州　450002) 摘 　要 :重大事故后果分析 ,最重要的是可燃气体泄漏引起的开放空间蒸气云爆炸。本文结合研究成果 ,介绍了蒸 气云火灾爆炸模型 ,并在此基础上开发了蒸气云火灾爆炸模型模拟计算软件 ,将编制的程序用于化工生产中的氢 气场所 ,应用表明 ,本软件能够对蒸气云的后果 (危险区域范围、人员伤亡和经济损失等 )进行定量的模拟计算。 关键词 :蒸气云模型 ; 火灾爆炸 ; 模拟计算 ; 软件开发 中图分类号 : TQ018　　　文献标识码 : B　　　文章编号 : 1003 - 3467 (2008) 01 - 0045 - 02 1　引言 在石油、化工、能源等行业中 ,易燃易爆物质在 生产、储存和运输过程中经常发生事故性火灾爆炸。 科学分析事故的严重程度和影响范围 ,对事故预防、 控制、应急救援和减少事故损失等有重大意义。 本文对可燃气体泄漏引起的开放空间蒸气云爆 炸模型进行了研究 ,并据此利用可视化编程语言 JAVA开发了一套蒸气云爆炸模型模拟计算软件 , 避免了繁重的手算 ,提高了事故分析效率 ,为安全监 管、事故应急救援、安全评价等提供了技术依据。 2　软件的开发 2. 1　编程语言和开发工具的选取 蒸气云爆炸模拟评价模型需要进行复杂计算 , 并输出大量数据的模型。本论文中采用 Java为开 发语言。主要用到的是 Java中的 Swing框架以及 Math数学计算类。 NetBeans是 SUN公司重点推出的 Java集成开 发环境 [ 1 ]。使用 NetBeans进行 Java应用开发 ,可以 极大地提高新手的学习速度 ,缩短熟手的开发时间。 论文中也采用了 NetBeans进行软件的开发。 2. 2　蒸气云爆炸模型选取 爆炸性的气体以液态储存 ,如果瞬间泄漏遇到 延迟点火 ,或以气体储存时泄漏到空气中遇到火源 , 就有可能发生蒸气云爆炸。导致蒸气云爆炸形成的 力来自容器内含有的能量或可燃物含有的内能 ,或 两者兼有之。一般说来 ,只有压缩能和热能才能单 独导致形成蒸气云 [ 2 ]。 蒸气云爆炸包括 TNT当量法和 TNO 当量法。 论文中采用 TNT当量法。可燃气体的丙烷当量 Wp、可燃气体的 TNT当量 WTNT及爆炸总量 E分别 为 : W p = αW Hc Qp (1) W TNT = αW Hc QTNT (2) E = 1. 8αW Hc (3) 式中 :W p ,可燃气体的丙烷当量 , kg; W TNT ,可燃 气体的 TNT当量 , kg;α,可燃气体蒸气云当量系数 , 平均为 0. 04; W ,蒸气云中可燃气体的质量 , kg; Hc , 可燃气体的燃烧热 , J / kg; Qp ,丙烷的爆炸热 , 50. 4 × 106 J /kg; QTNT , TNT的爆炸热 , 4. 52 ×106 J /kg; E ,可 燃气体的爆炸总能量 , J; 1. 8,地面爆炸系数。 死亡半径 R1 = 1. 9 8W 0. 447p ; 重伤半径 R2 = 9. 187W 1 /3p ;轻伤半径 R3 = 17. 87W 1 /3p 。 财产损失半径为 R4 = KⅢW 1 /3 TNT [ 1 + (3175 W TNT ) 2 ]1 /6 (4) 　　式中 : KⅢ ———建筑物三级破坏系数 , 4. 6。 若已知可燃气体装置区域的人员密度和财产密 度 ,即可评价确定人员的伤亡数、和财产损失大小。 2. 3　软件系统功能设计 NetBeans对 Swing框架有着很好的支持 ,在进 行软件界面开发时只要新建一个 JFrame窗体 ,在组 件面板中选中需要的组件 ,拉到 JFrame窗体上 ,再 对其大小、方位以及事件等属性进行设置编写即可。 　　收稿日期 : 2007 - 08 - 10 　　作者简介 :杨　倩 (1982 - ) ,女 ,在读研究生。联系人 :宋建池 (1951 - ) ,男 ,副教授 ,主要从事化工安全方面的研究 ,电话 : 13838363706。 ·54·第 1期 　　　　　　　　　　　　杨倩等 :蒸气云火灾爆炸模型模拟计算软件的开发与应用 本软件主要有三个事件 :计算、重置和返回。触发这 三个事件是点击鼠标 , 分别为他们设置 Mouse2 Clicked触发事件 ,再在里面进行事件触发动作的编 写 [ 3 ]。计算用到 Java中的 Math类 ,因此在程序的 开头要 import java. lang. Math;将 Math导入。重置 是将数据清除 ,以便进行新的计算 ,要进行重置事件 只需要将组件的 setText属性改为 null (空 )即可。 返回需要关闭当前窗口假设要关闭的窗口名称为 zhengqiyun,返回到的窗口为 main (主窗口 ) 在 MouseClicked触发事件时就要为其加上以下代码 : zhengqiyun. this. dispose ( ) ; / /关闭 zhengqiyun 窗口即当前窗口 main frame = new main ( ) ; / /打开 main窗口 frame. setLocation ( 350, 150) ; / /窗体在屏幕上 的显示方位 frame. setV isible ( true) ; / /设置窗体属性为可见 3　计算示例 蒸气云爆炸主要因冲击波造成伤害 ,若已知可 燃气体装置区域的人员密度和财产密度 ,即可以评 价确定人员伤亡数量和财产损失大小。本软件适用 于任意可燃气体 ,现以氢气为例进行计算 ,其中氢的 燃烧热 Hc = 120. 02 ×106 J /kg。 通过代入上述数据 ,可计算出氢 TNT当量、爆 炸总能量、死亡半径、重伤半径、轻伤半径、财产损失 半径等计算指标的量。现取 100 kg为例 ,计算结果 如图 1所示。利用此软件可快速计算泄漏量不同时 死亡半径、重伤半径、轻伤半径、财产损失半径的量 , 计算结果如表 1所示。 图 1　所开发软件对蒸气云爆炸模型模拟计算结果 表 1　可燃气体泄漏质量与各计算指标的关系 泄漏质量 /kg 5 10 50 100 200 500 1 000 R1 1. 421 1. 937 3. 978 5. 423 7. 392 11. 134 15. 178 R2 7. 169 9. 032 15. 445 19. 460 24. 518 33. 276 41. 925 R3 13. 955 17. 583 30. 066 37. 881 47. 727 64. 775 81. 612 R4 0. 953 1. 512 4. 422 7. 018 11. 134 20. 430 32. 010 　　根据表 1所示数据 ,可得氢气泄漏规律 ,如图 2 所示。 图 2　伤害范围随氢气泄漏质量规律图 由表 1和图 2可以看出 ,采用自行开发的蒸气 云火灾爆炸模型模拟计算软件计算方便快捷 ,所表 述泄漏质量随危害区域规律明显 ,说明该蒸气云火 灾爆炸模型模拟计算软件具有一定的实用价值。 4　结论 本软件内容丰富、结构合理、使用方便 ,可直接 定量描述事故可能影响的危害区域和造成的生命财 产损失 ,避免了繁重的手算。本软件应用于 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 实 际 ,运行良好 ,通过实际比较 ,证明本软件计算方便 快速 ,具有一定的实用和推广价值。 参考文献 : [ 1 ]　吴亚峰 ,王鑫磊. 精通 NetBeans - Java桌面、W eb与企 业级程序开发详解 [M ]. 北京 :人民邮电出版社 , 2007. [ 2 ]　吴宗之 ,高进军 ,魏利军 ,危险评价 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 及其应用 [M ]. 北京 :冶金工业出版社 , 2001. [ 3 ]　Herbert Schildt. Java2编程起步 [M ].北京 :人民邮电出 版社 , 2003. ·64· 河南化工 HENAN CHEM ICAL INDUSTRY 　　　　　　　　　　　　　 2008年 　第 25卷