[发明专利]一种卧式柱形爆炸源碎片击中概率评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种导致多米诺效应的评估方法，特别是由爆炸碎片击中其他目标概率的计算方法。

背景技术

液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)等带压储罐在火灾、撞击等外部能量作用下，可能会导致沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)，BLEVE的发生常伴随热辐射、爆炸冲击波和碎片，而热辐射、爆炸冲击波和碎片则是造成多米诺效应最主要的原因，尤其是爆炸产生的具有一定初始速度的碎片，在飞行过程中容易可能击中人和重要设备，进而导致更大的灾难性后果。

如何评估碎片击中其他目标的概率，发展出了二维方程和三维方程模型的方法，使得计算获得的击中概率越来越精确。

“A procedure for analyzing the flight of missiles from explosions of cylindrical vessels”基于二维方程模型，对碎片抛射的速度、质量等随机性进行了分析，探讨了由圆柱形爆炸源产生的碎片不同抛射距离范围内的落地概率。“Integrated probabilistic framework for domino effect and risk analysis”针对爆炸碎片击中目标设备概率的各种计算方法，提出了击中概率三维方程模型，即当爆炸碎片的抛射轨迹和目标物体方程相交时，二者发生碰撞。“爆炸球罐尺寸对抛射碎片击中相邻罐体概率的影响”通过将球罐的尺寸考虑在内，建立了新三维的击中概率计算方法。此外，通过以碎片、柱形和概率为关键词在国家知识产权局网站对国内外专利的进行索，并无发现类似或相关的专利技术。

然而，国外已有的研究都将爆炸物体当作质点考虑，而国内已有的研究也都未给出考虑卧式柱形爆炸源尺寸的击中概率的计算方法，并且也都忽略了储罐支撑架高度的影响。

本发明就是为解决上述存在的技术问题而提出的。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提出的击中概率评估方法考虑卧式柱形爆炸源尺寸和支架高度，填补了柱形容器这一复杂形状爆炸源击中概率计算方法的空白，并将储罐支撑架的高度纳入到计算方法中。

本发明使得击中概率计算结果更加精确、更加符合实际情况，更可以为评估装置的危险性、合理布局及采取相应的保护措施提供准确的依据。

本发明提供一种卧式柱形爆炸源碎片击中概率评估方法，其是基于Monte-Carlo模拟的方法，考虑卧式柱形爆炸源尺寸和支架高度，从统计意义上计算爆炸碎片的击中概率。

其中，所述评估方法包括：

S1步：输入爆炸源的基本参数，包括卧式柱形爆炸罐体积V，半径R、长度L、总质量M、材料密度ρ以及空气密度ρ₀和大气压力P₀；

S2步：爆炸模拟次数n进行递增，n初始值为1；

S3步：判断爆炸模拟次数n是否大于设定最大模拟次数N，若是则执行步骤S9；否则执行步骤S4；

S4步：通过随机数发生器，产生随机种子，计算爆炸产生的碎片初始参数，包括碎片的水平抛射角θ、垂直抛射角碎片初速度v₀、阻力系数K_D和升力系数K_L；

S5步：将S4步获得的已有的随机参数作为初始值，结合碎片轨迹三维二阶导数方程计算获得碎片的轨迹方程；

S6步：假设目标的中心坐标为(x₁，0，0)，那么对于目标是球罐的体积方程是(x-x₁)²+y²+z²＝r²；

S7：联立S5步和S6步所获得的方程，采用二分法，求解方程组是否有解，若方程有解，执行S8步，反之则执行S2步；

S8：增加一次到爆炸碎片击中目标的次数N1上；

S9：爆炸碎片击中目标的概率P＝N1/N，流程结束。

其中，所述S4步进一步具体包括：

S4-1步：计算产生的碎片水平抛射角θ，其服从20％-[30，150°]；30％-[150，210°]；20％-[210，330°]；30％-[330，30°]的均匀分布；

S4-2步：计算产生的碎片垂直抛射角其是[-90，90°]上的