油氢合建站高压储氢容器组事故后果研究_汪侃.pdf

文章编号:1009-6094(2023)06-2024-09油氢合建站高压储氢容器组事故后果研究汪 侃1,周明君1,张思琪1,明 杨1,时婷婷2,杨 帆3(1 上海海事大学海洋科学与工程学院,上海 201306;2 国家电投集团科学技术研究院新能源技术研究所,北京 102209;3 上海飞机制造有限公司安全环保部,上海 201324)摘 要:为明确新型高压储氢瓶式容器组突发泄漏和爆炸事故后,对现场作业人员造成的伤害程度和对周围建筑物形 成 的 破 坏 等 级,运 用 过 程 危 害 分 析 软 件(ProcessHazard Analysis Software Tool,PHAST)对油氢合建站内此类新型储氢容器的事故后果开展模拟研究,分析了不同场景中的氢气扩散规律和环境因素影响下氢气泄漏的差异性特征。结果表明:新型高压储氢容器不同形式的泄漏、环境温差和风力条件变化,均将显著影响油氢合建站内事故性氢气泄漏和爆炸的后果范围。当泄漏尺寸与环境温度同时增加时,氢气爆炸冲击波造成人员死亡的区域随之扩大。若储氢容器发生瞬时完全破裂,氢气爆炸冲击波的致命范围随环境温度升高而略微减小。在同一泄漏事故场景下,增强环境风力在一定区域内稀释氢气混合云团浓度,储氢容器爆炸毁伤范围有所减小。关键词:安全工程;油氢合建站;储氢泄漏;事故后果;过程危害分析软件中图分类号:X944 文献标志码:ADOI:10.13637/j.issn.1009-6094.2022.0063收稿日期:20220112作者简介:汪侃,副教授,博士,从事船舶与港口危险货物储运安全的研究,wangk 。基金项目:国家自然科学基金项目(52001196);中国交通教育研究会研究课题(JTYB20-60);上海市软科学重点项目(20692193100)0 引 言利用现有加油站增设加氢设施形成的油氢合建站,成为实现传统能源和清洁新能源双供给模式下建设的最佳方式。随着国家氢能发展重要战略的加速推进,专业化的氢气制造、运输及存储装备不断创新,由国内自主研发的高压储氢瓶式容器组目前已试用于新建的油氢合建站。新型高压储氢瓶式容器可与加氢设备一体化成撬的模式,也存在安全隐患。一旦高压储氢瓶式容器发生氢气泄漏,极易形成可燃气云聚集,进而诱发爆炸事故1 2。当前针对油氢合建站或加氢站的研究聚焦于风险因素和事故过程分析,主要采用定量模型、数值模拟和试验方法3 5。1960 年,美国矿业局首次针对液氢泄漏事故灾害开展基础性研究6,研究指出实际可视氢气云团的区域与可燃氢气云团的位置并不一致。1984 年,Witcofsk7为探究氢气云团的扩散行为开展了第一次全尺寸试验,研究获得大量液氢快速泄漏后产生可燃气云团的试验数据。1994 年,德国联邦材料研究与测试研究所8针对液氢泄漏后在建筑物间的扩散规律共进行 6 次试验,研究阐明了地面与羽流间的热互作用、建筑结构阻挡作用均对氢气扩散起到抑制作用。随着数值模拟软件和方法的革新,一系列与氢气泄漏扩散行为和规律的结论被创新性提出9 12。其中,张林等13运用 PHAST 模拟不同因素对氢气泄漏扩散区域的影响,研究指出氢气扩散面积随泄漏孔径、风速的增大及泄漏时间的增加而增大。赵博鑫等14利用 PHAST 构建不同管道破裂事故场景,该研究获得了氢气管道泄漏扩散范围及事故后果影响距离。宋睿悦15通过对氢气泄漏扩散的数值模拟研究,提出了敞开空间多因素影响下的射流轴向氢气质量分数衰减分布规律。孙智浩16利用计算流体动 力 学(Computational FluidDynamics,CFD)方法对加氢站高压储罐泄漏进行模拟,研究明确了受限空间障碍物对氢气扩散的影响。杨灿剑等17通过理论分析和数值模拟相结合的方法对某加氢站开展泄漏事故模拟和后果分析,利用自行编制的高斯扩散程序获得氢气泄漏时危险区域浓度曲线。刘自亮等18通过模拟埋地输氢管道泄漏爆炸事故后果,揭示了泄漏孔径、泄漏时长、输氢压力和环境风速对爆炸事故后果的影响规律。Lutostansky 等19利用 PHAST 模拟了氢气泄漏喷射火事故场景,定量分析了此类事故中氢气喷射火热辐射毁伤后果的严重度。Mousavi 等20运用 PHAST针对不同变量对氢泄漏的影响进行灵敏度分析。L等21搭建试验台对障碍物与氢气泄漏爆炸后的冲击波衰减作用之间的非协同效应进行深入研究。2017 年,Shen 等22在 20 L 的标准球型试验舱内进行点火测试,获得了氢气爆炸火焰速度的试验数据。邵翔宇等23针对液氢储存发生瞬时大流量泄漏进行研究,揭示了氢气可燃云团在开放空间的动态扩散行为。2020 年,顾蒙等24利用 CFD 软件构建油氢合建站模型,首次针对高压储氢瓶和加注机的泄漏过程进行研究,同时分析不同罩棚形状、环境风向4202第 23 卷第 6 期2023 年 6 月 安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and Environment Vol.23 No.6Jun.,2023对氢气泄漏的影响。Yoo 等25对韩国油氢合建站进行定量分析后发现该类型能源加注站的泄漏事故风险概率较常规加氢站高 9.37%。2021 年,Chen等26运用 PHAST 对某加氢站 5 m3的高压氢气瓶泄漏扩散影响因素进行分析。同年,Wang 等27利用PHAST 软件模拟了一定条件下加氢站的氢气扩散距离、爆炸距离和喷射火辐射安全距离,进一步明确了防止高压储氢装备失效和氢气泄漏事故发生的必要性。当前,针对氢能加注站运行过程和高压容器事故的试验和数值模拟研究聚焦于发生泄漏、火灾或爆炸的机理分析,而对于油氢合建站内事故发生后造成现场人员和周围建筑结构的毁伤研究相对较少,特别是新型高压储氢容器发生事故后环境因素对其毁伤后果的影响,成为氢能安全保障的重点。油氢合建站相关技术规范虽在逐步修订中,合建站规模、站内设施的安全间距等,仍没有明确细则。在油氢合建站中增加加氢设施,安全评价、环境评价、风险评价、职业卫生评价及消防审核、气瓶充装审核等规范标准目前仍不清晰。如站内设施的间距、与站外建筑的间距如何确定,站内的工艺设施如何布置以确保安全,油氢合建站的事故后果影响因素和叠加性都需进一步研究论证和明确。基于此,本文以某油氢合建站为例,采用过程危险分析软件(Process Hazard Analysis Software Tool,PHAST),针对站内新型高压储氢容器组失效后发生泄漏和爆炸后果进行模拟,同时依据毁伤准则针对不同事故场景下造成人员伤害和建筑破坏的范围进行风险评估,对明确高压氢能储存装备事故的隐患和安全区域,对我国油氢合建站布局、建造与应急均具有重要意义。1 高压储氢瓶式容器泄漏模拟过程1.1 PHAST 理论模型PHAST 为挪威船级社开发的过程危险源分析软件工具,旨在针对工业过程事故后果开展定量风险评估,辅助应急处置确定不同事故类型的风险级别28。通过 PHAST 选择油氢合建站内的设备类型、设备压力及体积、物质种类、泄漏场景和环境条件,利用泄漏模块、扩散模块和后果影响模块,可模拟装置失效后的不同后果29。通过对泄漏、扩散、爆炸、喷射火等不同事故类型的模拟,获得不同事故后果的影响范围及程度。油氢合建站内的高压液氢储罐及其容器组发生泄漏形成扩散,利用 PHAST 模拟可能发生的事故及后果。其中,氢气泄漏和扩散过程 采 用 PHAST 中 的 统 一 扩 散 模 型(UnifiedDispersion Model,UDM),该模型适用于储存在高压容器中的液态浮性气体发生泄漏和扩散过程30。UDM 模型假定泄漏速度在有限时间内为恒定,包括准瞬时模型(Quasi Instantaneous Model,QIM)和有限时间修正模型(Finite Duration Correction Model,FDCM)。QIM 可用于模拟高压液氢储罐发生初始泄漏时的泄漏速率,FDCM 则用于考虑环境因素影响下的泄漏氢气扩散和蔓延。液态氢气由高压储罐中的泄漏过程基于流体动力学方程,瞬时泄漏量由式(1)表示。GL=CdA 12(p-pa)1+2gh|(1)式中GL为液态介质泄漏率,kg/s;Cd为泄漏因子,无量纲;A 为泄漏口尺寸,m2;l为液态氢气的密度,kg/m3;p 为氢气储罐压力,Pa;pa为环境大气压力,Pa;g 为重力加速度,取值为 9.81 m/s2;h 为液态介质距离泄漏口的高度,m。高压储氢容器泄漏过程中产生过热液体的闪蒸组分量(Fv),通过式(2)表示。Fv=cpTHvap(2)式中 T 为高压储氢容器内温度,K;cp为比定压热容,J/(kgC);Hvap为常压下的汽化热,kJ/mol.从高压储氢容器泄漏而出的气相介质会由泄漏源向四周环境扩散,其持续扩散浓度由式(3)所示。C(x,y,z)=G2 yzuexp-12yy()2exp-12z-Hz()2()+exp-12z+Hz()2()(3)式中 x、y 和 z 为分别纵向、横向和竖向的距离,m;C 为泄漏氢气的扩散质量浓度,kg/m3;G 为氢气的泄漏率,kg/s;H 为氢气扩散层与地面之间的高度差,m;y为氢气泄漏后在横向的扩散系数;z为氢气泄漏后在竖向的扩散系数;u 为环境风速,m/s。1.2 模拟场景与边界条件根据某市新建油氢合建站的布置情况,本研究中所有模拟场景、初始条件及边界条件均依据真实调研数据而设置。该新型油氢合建站储氢区域内采用国内自主研发的储氢瓶式容器组,以 6 个为一组与一侧阀体集成仪表盘和过滤器相连接。相较于传统加氢站内所用的储氢容器,此类储氢瓶式容器组通过储气瓶组高中低压分组配比,有效提高储气瓶5202 2023 年 6 月 汪 侃,等:油氢合建站高压储氢容器组事故后果研究 Jun.,2023组气体利用率和加气速度,大大提升加氢系统的工作效率。然而,由于单个储氢容器的增多,阀体面板中涉及更复杂的管路系统和控制阀,在使用过程中存在更高的泄漏事故风险。一旦高压储氢容器发生意外泄漏,容器内部的高压氢气受到外部火焰冲击,温度和压力急剧上升,将引发储氢区域发生爆炸事故,导致一系列灾难性后果。本研究通过导入地图的方式,在 PHAST 中设置与真实现场一致的模拟场景。模拟中设置的单个高压储氢容器直径为 406mm,长度为 10 m,内部压力为 45 MPa,详细特性参数如表 1 所示。据研究显示31 32,储氢容器或设备发生破裂导致泄漏后,氢气扩散过程受到周围环境因素影响,形成事故性爆炸后果的程度有所不同。基于此,本研究以所建区域的环境条件和特征为依据,设置 5 种不同环境温度工况和 5 种不同风力条件工况,从环境耦合因素角度出发探究其对高压储氢容器泄漏事故发展过程及后果的影响。同时,针对高压储氢容器及相连构件的尺寸,设置 4 类不同形式的泄漏方式,模拟获得油氢合建站内高压储氢容器发生泄漏、爆炸事故对周围一定范围内人员和建筑结构的毁伤程度,以明确不同等级毁伤效应所对应的范围。表 1 高压储氢容器结构尺寸及技术参数Table 1 Structure size and technical parameters of high-pressure hydrogen storage长度/m直径/mm壁厚/mm运行温度/最大存储量/kg工作压力/MPa最大设计压力/MPa1040635.4-20 401654549.71.3 模型验证PHAST 作为事故后果分析与评估软件,在易燃易爆气体的泄漏、扩散、火灾和爆炸事故产生的影响范围结果中得到试验数据支撑和验证33 34。根据Shen 等35对储氢罐开展的试验构建 PHAST 模型,该研究共开展 2 次高压储氢罐破裂试验,根据氢气泄漏和爆炸试验测定数据,提出一种预测高压氢气储罐爆炸能量的方法。本研究首先在 PHAST 中所建立基础模型,通过 PHAST 模拟与试验相同类型的高压储氢罐破裂引发火灾爆炸过程,验证模型所建立的储氢罐直径为 370 mm,长度为 1 775 mm,内部压力为 35 MPa,具体参数如表 2 所示。在模拟过程中,除了设置储氢罐的本体参数外,同时依据试验场景设置环境参数,包括环境温度为 20,环境风速为 5 m/s,大气稳定度设置为 D。验证模型中的储氢罐与本研究中储氢容器存在一定的体积差,现实情况中考虑到安全性和经济性,所开展的试验尺度较实际尺寸有所缩小。通过将模拟结果与试验结果进行对比表明,能够验证本研究中采用 PHAST 所构建模型过程中模型选取、参数设定等环节的合理性,此外对模拟结果的准确性验证也具有重要意义。高压储氢罐泄漏发生气体爆炸事故绝大多数以爆燃形式出现,较少以爆轰这类极端形式出现,但事故结果均会形成极具破坏作用的空气冲击波。对于气体爆炸毁伤程判定的标准采用冲击波超压准则,分为对人员的伤害准则和对建筑结构的破坏准则。其中,爆炸冲击波对人员的伤害等级共划分为死亡、严重、中度、轻伤和安全 5 个等级,如表 3 所示。图 1(a)为储氢罐爆炸后果对现场人员的伤害程度和范围,试验测定结果显示储氢罐发生爆炸后产生强烈冲击波,在距离爆炸源 3.6 m 半径区域内将直接导致人员致命,PHAST 模拟结果显示的人员致命半径为3.49 m。当储氢罐爆炸冲击波衰减至小于 20 kPa以下,人员在该区域内将不会受到生命威胁,通过试验测定和 PHAST 模拟所得该区域的半径分别为 14m 和 13.83 m。爆炸冲击波对建筑结构的破坏等级划分为无破坏、次轻度破坏、轻度破坏、中度破坏、严重破坏和完全破坏,如表 4 所示。图 1(b)为储氢罐爆炸后果中建筑物受到破坏的等级和范围,通过试验所得建筑物彻底破坏的区域半径为 9.4 m,而PHAST 模拟所得结果为 9.29 m。通过对比试验和PHAST 模拟结果可知,二者所得数据之间的最大偏差为 4.29%。2 高压储氢容器泄漏事故后果分析2.1 泄漏孔径变化对事故后果的影响高压储氢容器在日常运行过程中,由于人为操作或设备失效等原因,致使压力容器发生泄漏,最终导致氢气爆炸事故。根据新型储氢罐罐体结构和历年事故调查报告分析可知,油氢合建站内的新型储氢容器存在泄漏隐患的位置应在阀门集成面板、过滤器与输送管路连接处和罐体自身受到冲击形成的破裂。基于此,本研究依据 GB/T 372432019危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法,选取了微小孔径(小于 5 mm)、小孔径(5mm)、中孔径(25 mm)、大孔径(100 mm)以及完全6202 Vol.23 No.6 安全 与 环 境 学 报 第 23 卷第 6 期表 2 验证模型中储氢罐的特性参数35Table 2 Specifications of hydrogen storage tank of validation model长度/mm直径/mm质量/kg容积/L工作压力/MPa临界压力/MPa1 7753708916535105表 3 高压储氢容器爆炸冲击波对人员的伤害准则Table 3 Personnel injure level of shock wave caused by high-pressure hydrogen storage超压值 p/kPa伤害等级伤害程度100死亡若缺乏安全装备,大部分人员体腔、肝脾破裂,导致死亡表 4 高压储氢容器爆炸冲击波对建筑物的破坏准则Table 4 Buildings damage criterion of shock wave caused by high-pressure hydrogen storage超压值 p/kPa破坏等级破坏程度760完全破坏砖墙结构全部倒塌,钢筋混凝土承重结构大幅度倾斜破裂 5 种不同的泄漏口尺寸开展模拟。同时,在PHAST 中设置环境温度为 25,环境风速为 2m/s,大气稳定度为 D,在此条件下针对不同泄漏口尺寸影响下的高压储氢容器事故后果进行模拟研究与分析。研究发现,当高压储氢容器泄漏口尺寸小于 5 mm 时,氢气扩散范围极小。根据扩散着火理论分析认为36,这是由于高压氢气通过微小泄漏处突然被释放至空气中时,在氢气射流前方瞬时形成强烈激波,强激波产生高温高压,并加热激波后方空气,高温空气与射流前沿之间会形成一定区域的“氢气 空气混合层”,将加热位于燃料射流前端的可燃混合气体,并最终发生自燃现象37。模拟结果表明,在 25 的空气中,高压氢气从储氢罐微小泄漏口处形成的强激波速度超过 1 207.5 m/s,将发生高压氢气自燃并形成喷射火。当储氢容器存在破口而导致氢气在内外压差的作用下发生泄漏时,表现为流体射流状态。由于内外压差很大,氢气射流表现为强湍流流动。若高压储氢容器受到冲击导致其本体结构完全破裂时,由于氢气密度小,罐体破裂后大量氢气涌出并迅速上浮,在环境温度和风速作用下快速向四周扩散,氢气扩散达到其爆炸下限浓度可至的最大区域半径约为 10.73 m。当高压储氢容器泄漏口尺寸增大为 5 mm 时,达到氢气下限浓度的区域半径为 22.16 m。随着高压储氢罐泄漏口尺寸的增大,氢气泄漏后的扩散区域范围也随之增大。当高压储氢容器泄漏口尺寸为 25 mm 时,发生氢气爆炸所需最低浓度范围的半径为 40.41 m。随着泄漏口尺寸的增大,泄漏孔截面面积随即增加,致使高压储氢罐内的氢气泄漏量骤升,整个空间的流体动能增大,因而在射流流动中边界层转入的空气量随之增大。当高压储氢容器泄漏口尺寸增大到 100mm 时,泄漏氢气的质量流量增大,氢气可发生燃爆的区域半径增大至 82.34 m。不同尺寸泄漏口事故场景下,形成氢气云团诱发爆炸灾害,所形成的冲击波超压毁伤作用随泄漏量和扩散范围的变化而不同。图 2(a)为高压储氢容器发生泄漏导致的爆炸7202 2023 年 6 月 汪 侃,等:油氢合建站高压储氢容器组事故后果研究 Jun.,2023图 1 爆炸冲击波对人员和建筑的毁伤范围Fig.1 Damage scope to human and buildingsinduced by explosive shock wave对现场人员伤害后果的影响范围。PHAST 模拟结果表明,当高压储氢容器由于小孔径(5 mm)泄漏引发氢气爆炸事故,所形成人员伤害区域面积为77.53 m2,在此区域内的人员将会遭受不同程度的冲击波伤害。其中,与高压储氢容器相距为 4.97 m的半径范围内,所在人员将直接致死。随着高压储氢容器泄漏尺寸增大,爆炸事故后果影响范围也逐渐扩大。当高压储氢容器泄漏尺寸为 25 mm 和 100mm 时,由爆炸冲击波造成的人员伤害区域面积分别为 167 m2和 797.1 m2。图 2(b)为高压储氢容器发生泄漏导致的爆炸对周围建筑物的破坏范围。根据模拟结果可知,当高压储氢容器泄漏尺寸为 5 mm时发生爆炸事故,其在区域范围为 3 846.8 m2内都将对建筑结构造成不同程度的破坏。现场调研可知该油氢合建站占地面积为 2 943.6 m2,若高压储氢容器在不同泄漏场景下发生爆炸,都将波及站外民用建筑及公共设施。2.2 环境温度变化对事故后果的影响由于油氢合建站内的高压储氢容器组放置于室图 2 高压储氢容器爆炸对人员和建筑的毁伤范围Fig.2 Damage scope to human and buildings caused byhigh-pressure hydrogen storage explosion外地面,运行环境受到四季变化和昼夜温差的影响。液氢从高压储罐泄漏口处泄漏后,其温度瞬间达到沸点,大量液氢快速泄漏形成可燃氢气云团。在这一过程中,罐体外部环境温度变化将对液氢泄漏后的闪蒸、沸腾等阶段产生影响,进而影响氢气扩散的范围。根据油氢合建站所在地区全年各季度平均温度,本研究设定了-5(冬季)、5(秋季)、15(春季)、25(过渡季节)和 35(夏季)不同的环境温度工况,在此场景下进行模拟分析高压储氢容器泄漏过程和爆炸事故后果的差异。图 3 为环境温度变化对高压储氢容器泄漏扩散距离的影响。由图3 可知,在完全破裂和小孔径泄漏的事故场景中,高压储氢容器泄漏介质的扩散范围随温度升高而增大,但增幅较小。当泄漏口尺寸增大至 25 mm 时,高压储氢容器泄漏扩散范围随温度的变化趋势呈现负相关。以泄漏尺寸100 mm 的事故场景为例,当泄漏事故发生后,由于泄漏面积较大致使形成的射流较宽,同时卷吸较多的空气量。由于周围环境与高压储氢容器内部温差大,大量泄漏介质与周围环境进行热交换需要卷吸大量空气。随着环境温度的升8202 Vol.23 No.6 安全 与 环 境 学 报 第 23 卷第 6 期高,泄漏口附近区域内的热交换更加显著,在卷吸更多环境空气量的同时,也获得更多汽化泄漏介质。由于氢气自身密度小,扩散氢气呈现竖向蔓延行为,因而向下风向的扩散距离逐渐减小。当环境温度升高至35 时,氢气扩散最大距离为78.23 m,仍存在较大爆炸事故威胁。结果表明,当高压储氢容器泄漏尺寸与环境温度同时增加时,爆炸冲击波对人员造成死亡的区域半径随之变大,见图 4(a)。当高压储氢容器发生完全破裂时,爆炸冲击波致命范围将随环境温度的升高而略微减小。由于泄漏的氢气在环境温度较高的场景中更易扩散,高浓度的氢气扩散后形成区域更大的可燃爆范围,将造成毁伤半径扩大,当氢气燃爆区域扩大到一定程度后,温度继续升高使得可以发生爆炸的氢气云团扩散变小,毁伤范围随之减小。如图 4(b)所示,通过 PHAST 模拟获得不同环境温度场景中现场人员安全距离的变化表明,高压储氢容器发生完全破裂并引发爆炸事故后,若事故现场的环境温度较低,则事故后果的影响范围最大可至 24 443.4 m2。图 3 不同环境温度影响下氢气扩散范围Fig.3 Dispersion range of hydrogen underdifferent ambient temperature2.3 风力条件变化对事故后果的影响为研究不同风力条件下高压储氢容器发生泄漏的过程和爆炸事故后果,在 PHAST 中分别设置了 1m/s、2 m/s、5 m/s、8 m/s 和 10 m/s 5 种风速的场景进行模拟。图 5 为不同风速作用下的高压储氢容器泄漏扩散范围的变化情况。当发生小孔径泄漏时,氢气扩散过程受到风速增大的抑制作用,因而扩散距离随之减小。当高压储氢容器泄漏尺寸逐渐增大,并形成完全破裂的事故时,氢气扩散距离将随着环境风速的增大而扩大。环境风力能够限制氢气卷吸周围空气的作用,促使氢气云团顺风向前方,成为氢气卷吸空气的主要方向,由此扩张了氢气扩散的距离。同时,高速风力条件也能促进气云团的移动,使得氢气扩散距离随风速增大而扩展。图 6(a)为不同风速作用下高压储氢容器泄漏尺寸变化场景中事故后果对现场人员造成生命威胁的区域范围。对于相同泄漏尺寸事故场景而言,引起爆炸事故导致人员死亡的区域半径随着现场风速的增大而略减小。通过图 6(b)可知,现场人员的安全范围也随着风速的增加呈现下降趋势,表明风力条件促进氢气扩散,从而降低一定区域内的气云团浓度,因而事故图 4 不同环境温度下高压储氢容器爆炸毁伤范围Fig.4 Damage scope of high-pressure hydrogen storageexplosion under different ambient temperature图 5 不同风速作用下氢气扩散范围Fig.5 Dispersion range of hydrogen underdifferent wind speed9202 2023 年 6 月 汪 侃,等:油氢合建站高压储氢容器组事故后果研究 Jun.,2023图 6 不同环境风速下高压储氢容器爆炸毁伤范围Fig.6 Damage scope of high-pressure hydrogen storageexplosion under different wind speed现场的绝对安全区域将增大。3 结 论本研究通过对油氢合建站内的新型高压储氢瓶式容器开展数值模拟,分析不同泄漏形式、环境温度和风力条件等因素对其事故后果的影响,得到以下结论。1)高压储氢瓶式容器发生微小泄漏时易引起强激波,致使氢气自燃形成喷射火;当泄漏尺寸逐渐增大,爆炸事故所造成的毁伤范围随之增大。2)环境温度变化影响液氢泄漏时的闪蒸和沸腾等现象,在高压储氢瓶式容器泄漏尺寸与环境温度同时增加时,氢气爆炸冲击波对人员形成的致命区域也随之变大。当高压储氢瓶式容器发生完全破裂时,爆炸冲击波致命范围将随着环境温度的升高呈现略微减小趋势。3)风力条件制约高压储氢瓶式容器泄漏氢气卷吸周围空气的效果,促使氢气云团顺风向前方,进而延长氢气的扩散距离。同时,增强风力条件能促进气云团的移动,促使氢气泄漏扩散的距离扩大。参考文献(References):1LI Z R,PAN X M,MA J X,et al.Quantitative riskassessment on a gaseous hydrogen refueling station inShanghaiJ.International Journal of Hydrogen Energy,2010,35(13):68226829.2 汪侃,李丹阳,时婷婷.新型油氢合建站事故风险评价及应用 J.安全与环境学报,2021,21(1):918.WANG K,LI D Y,SHI T T.Risk assessment approachand its application to the new-type oil-hydrogen stationaccidentsJ.Journal of Safety and Environment,2021,21(1):918.3 LIN R H,YE Z Z,WU B D.A review of hydrogenstation location models J.International Journal ofHydrogen Energy,2020,45(39):2017620183.4 汪志雷,潘旭海,蒋军成.高压氢气泄漏自燃研究进展J.南京工业大学学报(自然科学版),2019,41(5):657663.WANG Z L,PAN X H,JIANG J C.Research challengesin high-pressure hydrogen spontaneous ignition J.Journal of Nanjing Tech University(Natural ScienceEdition),2019,41(5):657663.5 沈晓波,章雪凝,刘海峰.高压氢气泄漏相关安全问题研 究 与 进 展 J.化 工 学 报,2021,72(3):12171229.SHEN X B,ZHANG X N,LIU H F.Research andprogress on safety issues related to high-pressure hydrogenleakage J.JournalofChemicalIndustryandEngineering,2021,72(3):12171229.6 ZABETAKIS M G,BURGESS D S.Research on thehazards associated with the productionR.Washington:Bureau of Mines,1961.7 WITCOFSK R D.Experimental and analytical analyses ofthe mechanisms governing the dispersion of flammableclouds formed by liquid hydrogen spillsJ.InternationalAssociationforHydrogenEnergy,1984,9(5):425435.8STATHARAS J C,VENETSANOS A G,BARTZIS J G,et al.Analysis of data from spilling experiments performedwith liquid hydrogenJ.Journal of Hazardous Materials,2000,77(1/2/3):5775.9 YAO Q H,ZHU H K.Numerical simulation of hydrogendispersion behaviour in a partially open space by astabilized balancing domain decomposition method J.Computers&Mathematics with Applications,2015,69(10):10681079.10 JIN T,LIUYL,WEIJJ,etal.Numericalinvestigation on the dispersion of hydrogen vapor cloud0302 Vol.23 No.6 安全 与 环 境 学 报 第 23 卷第 6 期with atmospheric inversion layer J.InternationalJournalofHydrogenEnergy,2019,44(41):23513 23521.11 LI Y B,XIAO J J,ZHANG H,et al.Numericalanalysis of hydrogen release,dispersion and combustionin a tunnel with fuel cell vehicles using all-speed CFDcode GASFLOWMPI J.International Journal ofHydrogen Energy,2020,46(23):1247412486.12 SHU Z Y,LIANG W Q,ZHENG X H,et al.Dispersion characteristics of hydrogen leakage:comparingthe prediction model with the experimentJ.Energy,2021,236:121420.13 张林,缪灿亮,尹洪波.PHAST 软件对孔洞泄漏扩散危险区域的分析J.安全、健康和环境,2013,13(2):4749.ZHANG L,LIAO C L,YIN H B.Analyze diffusion riskzone of leaking holes by using PHASTJ.Safety Health&Environment,2013,13(2):4749.14 赵博鑫,朱明,彭莹,等.基于 PHAST 软件模拟氢气、天然气管道泄漏J.石化技术,2017,24(5):4850.ZHAO B X,ZHU M,PENG Y,et al.Simulation ofleakage from hydrogen and natural gas pipelines based onPHASTJ.Petrochemical Industry Technology,2017,24(5):4850.15 宋睿悦.敞开环境下低温氢气泄漏危险和扩散特性研究D.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2020.SONG R Y.The danger of low temperature hydrogenleakage in open environment and diffusion characteristicsD.Harbin:Harbin Engineering University,2020.16 孙智浩.受限空间内高压氢气泄漏的数值模拟研究D.济南:山东大学,2019.SUN Z H.Modeling of high pressure hydrogen releasesinconfinedspaces D.Jinan:ShandongUniversity,2019.17 杨灿剑,付晋.加氢站氢气泄漏事故模拟及后果分析J.消防科学与技术,2011,30(4):358362.YANGCJ,FUJ.Theaccidentsimulationandconsequence analysis of the hydrogen refueling stationleakageJ.Fire Science and Technology,2011,30(4):358362.18 刘自亮,熊思江,花争立,等.埋地输氢管道泄漏爆炸事故后果模拟分析J.中国安全生产科学技术,2019,15(12):94-100.LIU Z L,XIONG S J,HUA Z L,et al.Simulationanalysis on leakage and explosion accident consequenceof buried hydrogen pipeline J.Journal of SafetyScience and Technology,2019,15(12):94100.19 LUTOSTANSKY E,CREITZL,JUNGS,etal.Modelingofundergroundhydrogenpipelines J.Process Safety Progress,2013,32(2):212216.20 MOUSAVI J,PARVINI M.A sensitivity analysis ofparameters affecting the hydrogen release and dispersionusing ANOVA method J.International Journal ofHydrogen Energy,2016,41(9):51885201.21 L X S,ZHENG L G,YU M G,et al.Combinedeffects of obstacle position and equivalence ratio onoverpressure of premixed hydrogenair explosionJ.International Journal of Hydrogen Energy,2016,41(39):1774017749.22 SHEN X B,XIU G L,WU S Z.Experimental study onthe explosion characteristics of methane/air mixtures withhydrogen addition J.Applied Thermal Engineering,2017,120:741747.23 邵翔宇,蒲亮,雷刚,等.液氢泄漏事故中氢气可燃云团的扩散规律研究 J.西安交通大学学报,2018,52(9):102108.SHAO X Y,PU L,LEI G,et al.Investigation on thehydrogen flame cloud dispersion in liquid hydrogenleakageaccident J.JournalofXianjiaotonguniversity,2018,52(9):102108.24 顾蒙,王全国,王溪舸,等.油氢合建站氢气泄漏扩散模拟及影响因素分析 J.消防科学与技术,2020,39(1):123126.GU M,WANG Q G,WANG X K,et al.Simulation andanalysis on leakage of hydrogen in oil and hydrogenrefueling station J.Fire Science and Technology,2020,39(1):123126.25 YOO B,WILAILAK S,BAE S,et al.Comparative riskassessment of liquefied and gaseous hydrogen re