燃气管线入综合管廊的抗爆防护技术研究

燃气管线入综合管廊的抗爆防护技术研究
发布时间：2021-11-02T02:43:32.159Z 来源：《中国建设信息化》2021年第13期作者：韩毅
[导读] 我国住建部规定了要把燃气管线纳入到综合管廊，而燃气管线在纳入综合管廊之后便会有一定概率产生燃气泄漏爆炸，所以一定需要在此方面给予充分地考虑，
韩毅
北京天兴燃气工程有限公司
摘要：我国住建部规定了要把燃气管线纳入到综合管廊，而燃气管线在纳入综合管廊之后便会有一定概率产生燃气泄漏爆炸，所以一定需要在此方面给予充分地考虑，探索综合管廊燃气管舱当中出现可燃气云爆炸情况的规律，在此基础上，应用合理有效的燃气管线纳入综合管廊抗爆防护技术最大程度避免燃气泄露爆炸问题的发生，为人们的生命安全和财产安全提供有效地保障。

本文主要对燃气管线入综合管廊的抗爆防护技术进行分析和探讨。

关键词：燃气管线；综合管廊；抗爆防护技术
引言：现阶段我国城市建设发展的速度一直在不断加快，城市的建设规模也在逐渐扩大，就目前的总体情况来看，城市对管线铺设所采用的方式多数为直埋式，采用此种方式埋设的管线对地面的占用面积很大并且排列错综复杂，这对于地下空间的利用来说是很大的浪费。

另外，由于管线的铺设工作和地面道路的施工是分别进行的，因此需要进行地面的多次开挖，不但会影响道路的应用，加大成本的投入，还会对周围居民的正常生活造成影响。

而城市地下综合管廊能够减少对地下空间的使用，提高城市地下空间的应用效率，同时也能够在抵抗自然环境灾害方面发挥突出的优势，通过综合管廊的建设能够有效缓解城市地下管线所存在的矛盾。

一、可燃性气体爆炸与泄露的基本理论
（一）爆炸冲击波
通常来说，在爆炸冲击波出现爆炸期间，爆炸中心的压力会很大程度上升，主要的原因就是其附近的空气发生较强的波动。

开展爆炸冲击波的研究需要重点研究爆炸冲击波阵面的压力、波速以及质点速度一些相关的参数。

如果爆炸冲击波和建筑物之间产生作用或者是其自身处于空气中传播的状态，那么其便会导致建筑物的压力、密度以及温度和空气等发生很大程度的变化，伴随着爆炸，很容易导致发生建筑倒塌以及大火等较为严重的灾害。

（二）导致可燃性气体爆炸的相关因素
实际上会有多个方面的环境因素以及内外部的相关条件会对可燃性气体爆炸的结果造成一定程度的影响，比如可燃性气体自身所具备的浓度和反应活性等，其在爆炸过程中所处的条件以及点火条件等，都会对最终的可燃性气体爆炸结果造成影响。

反应活性对可燃性气体爆炸结果造成该的影响。

可燃性气体自身所具备的反应活性直接性决定着其爆炸的威力，可燃性气体所具备的反应活性如果较高，那么其分子扩散的速率也就越快，所产生的反应也就更加强烈一些。

当前阶段主要能够将可燃性气体的活性划分为三个等级，分别为低、中以及高。

平时生活中对甲烷的应用较为广泛，本文主要对此种爆炸气体开展研究，根据相关的实验表明，在同一个条件下如果甲烷的活性比较低，那么其和空气混合所产生的爆炸威力也是比较小的。

可燃性气体浓度的影响。

只有可燃性气体浓度超出了爆炸极限才能够引起爆炸的产生。

甲烷空气预混气体爆炸极限的范围是
4.6%-14.3%，所以从理论上来说如果甲烷的浓度达到了14.3%，那么这个时候所产生的爆炸是剧烈程度最高的，同时其所产生的破坏效应也是最强烈的。

但实际上根据相关研究者所开展的实验表明，甲烷空气当中甲烷的浓度为9.8%时所产生的爆炸才是最剧烈的。

点火条件的影响。

爆炸所产生的威力同样也受点火位置以及点火能量的影响。

实际上的点火能量与爆炸极限之间存在着密切的联系，如果点火能量达到了一定程度，那么爆炸浓度的极限范围也会更进一步扩大。

燃烧爆炸环境的影响。

对于爆炸的传播来说，爆炸所处环境的长度、截面以及材质等相关因素都会对其造成一定程度的影响，同时也会影响着爆炸所产生火焰传播速度以及压力的变化。

当前已经有相关实验结果表明，处于圆球体环境时，甲烷所产生爆炸的流场压力最大，如果实际当中管道壁面的粗糙程度较高，那么爆炸所产生火焰传播特性值同样也会一定程度增大。

本文所开展的研究最主要为综合管廊燃气舱室内部所产生的爆炸，此种环境的特点主要为狭长并且较为封闭。

二、综合管廊内燃气舱室爆炸数值模拟
（一）FLUENT有限元分析软件
综合管廊内燃气爆炸与可燃气云爆炸是非常相似的，本文主要通过对流体力学软件FLUENT的应用来实现综合管廊内燃气爆炸的精准模拟。

FLUENT主要是应用了多个求解方法以及多种网格加速收敛技术的结合，所以其的主要优势就表现在有着很高的收敛速度以及求解精度，是当前阶段国内外相关研究人员应用较为广泛的一种计算流体力学的软件。

（二）FLUENT模拟计算的步骤以及基本理论
通过对FLUENT流体力学计算软件的合理有效应用来开展气体燃烧爆炸地模拟，具体的所开展的流程如以下：
首先，进行计算域的确定，建立模型生成网格。

对于实际所开展的流体力学计算来说，网格自身的质量以及数量与最终所获取计算结果的精度之间存在着非常密切的联系。

一般应用较为广泛的FLUENT划分网格的工具主要有ICEM、MESH以及GAMBIT等，在这当中的ICEM软件的优势主要表现在有着良好的网格编辑功能、网格质量检查功能以及“O”型网格生成技术等，被广泛地应用在相关研究学者开展研究的过程中。

导入主程序，选择求解器。

把ICEM所划分完成的网格导入到FLUENT主程序当中，在实际开展求解器的选择之前需要做好FLUENT网格质量的仔细检查，避免存在网格畸形或者是存在负体积方面的问题，降低对计算收敛造成的不良影响。

压力基求解器与密度基求解器是FLUENT当中非常重要的内容，而压力基求解器也包含了分离求解器以及耦合求解器。

通常情况下，和压力基求解器相比，密度基求解器更加适宜应用在处理高速可压流动方面的问题，而压力基通常会应用到低速不可压缩流动问题的处理方面，但是实际上密度基求解器在计算机硬件方面的要求是比较严格的，它需要的内存通常要高于压力基求解器的1.5倍到2倍左右。

本文应用的是压力基分离求解器。

对于实际的可燃气云燃烧爆炸来说，其具有较强的复杂性，其在爆炸的过程当中还存在着一些气体的混合，所以如果想要保证所获取
相关结果的精确性需要花费的时间以及储存空间也是非常大的，但是当前阶段所具备的软件计算水平还不能够充分满足实际需求。

FLUENT能够很好地应对多种燃烧现象，通过应用多种简化化学动力学模型的应用便能够使整个燃烧过程都能够简单化，节约计算成本。

三、综合管廊防爆技术的研究以及应用
上述所开展的实验结果表明，可燃气体所产生的爆炸要满足三个方面的条件：第一，可燃气体所处在的环境为一个密闭的空间；第二，可燃气体浓度超出了气体爆炸所能够承受的最大范围；第三，具备点火源条件，而且点火源的能量要超出爆炸性混合物的最小点火能量。

上述三个方面的条件只要是缺少其中的一项便能够避免产生爆炸。

开展更为深入的分析能够发现第一个条件是不可改变的，因此需要从另外两个方面的条件入手，所以为了能够有效避免综合管廊燃气舱室内发生爆炸，可以从以下几个方面进行：首先，加强对综合管廊内可燃气体的泄露、浓度的监测，建立相应的综合管廊监控系统，同时也需要做好火灾预警的监测，保证通风系统以及排风系统能够长期稳定运行；第二，保证综合管廊内部截面设计的科学性以及合理性，最大程度降低所产生爆炸的威力。

结束语：总的来说，综合管廊气舱室所产生爆炸的过程具有较强的复杂性，本文只是进行了爆炸过程、泄爆规律等方面的探索，要想能够更进一步了解燃气管线入综合管廊的有效防爆技术，还需要开展更为深入地探究。

参考文献：
[1]张鹏. 燃气管线工程项目安全管理制度创新研究[D].青岛理工大学，2014.
[2]刘秀秀. 综合管廊燃气管道泄漏扩散理论与实验研究[D].北京建筑大学，2018.
[3]龚燚. 燃气管线入综合管廊的抗爆防护技术研究[D].南京理工大学，2018.。