甲烷乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法及装置与流程

本发明实施例涉及油气爆炸防护，尤其涉及一种甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法及装置。

背景技术：

1、甲烷/乙烷二元混合气体是油气井原生天然气的主要成分，乙烷体积占比一般在0~50%不等。很多气井所产出的原生天然气按照比例划分完全可被视为纯甲烷/乙烷二元混合气体。作为一种具有代表性的燃爆性混合气体，一旦发生泄漏，极有可能发生严重的爆炸事故。

2、目前，对于甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸危特性分析和研究方面的技术很少，只有极少数文献对甲烷/乙烷二元混合气体的极少部分混合情形进行了诸如球形爆炸装置和极少数特定工况下的爆炸实验，获取了少许的爆炸特性参数，而这些特性参数都是在特定环境下获得的，不具备拓展性和延续性，获得的数据或成果不能直接或广泛应用于其他环境。

3、现有用于甲烷/乙烷二元混合气体爆炸特性研究的方法主要有2类，一是通过爆炸实验，进行爆炸后的超压、火焰等爆炸特性参数测量，进而获得甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性。但是该类方法成本较高，爆炸实验过程存在一定风险和安全隐患问题，且对于大型场所的混气爆炸无法用实验进行爆炸特性获取。二是通过流体数值模拟手段进行任意尺寸场所建模和燃气爆炸模拟，并可对爆炸后的超压等爆炸特性参数进行分析。此类方法的成本虽低，但是对于甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸机理研究并不准确。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本发明实施例提供一种甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法及装置。

2、第一方面，本发明实施例提供一种甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法，包括：

3、获取目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据以及纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理；

4、基于所述爆炸实验数据和纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理设置初始爆炸反应机理；

5、将所述初始爆炸反应机理导入cfd流体计算软件中进行模拟计算，直至计算结果与所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据的误差满足预设条件，得到目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体对应的目标爆炸反应机理。

6、在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：

7、基于预设尺寸的管道爆炸平台，开展不同体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性测试实验；

8、基于所述爆炸特性测试实验，获取不同体积比的爆炸实验数据，其中，所述爆炸实验数据至少包括爆炸超压、火焰动态结构特性和实验工况；

9、将任意体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据作为目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据。

10、在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：

11、将预设的敏感性分析阈值作为默认值，通过调整误差传播阈值的大小得到目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸反应机理；

12、通过敏感性分析法对所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸反应机理进行简化，得到简化骨骼机理。

13、在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：

14、将纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理进行合并，并将合并后的爆炸反应机理与所述简化骨骼机理进行耦合处理，得到初始爆炸反应机理。

15、在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：

16、将所述初始爆炸反应机理导入cfd流体计算软件中进行模拟计算，得到所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性参数；

17、将所述爆炸特性参数与所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据进行对比，得到数据误差；

18、将所述数据误差满足预设条件时的爆炸特性参数对应的爆炸反应机理作为所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体对应的目标爆炸反应机理。

19、在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：

20、若所述数据误差未满足预设条件，则调整所述初始爆炸反应机理的反应速率常数，重新将调整后的初始爆炸反应机理导入cfd流体计算软件中进行模拟计算。

21、在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：

22、基于所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体对应的目标爆炸反应机理，在与实验工况不同的其他工况下进行爆炸特性模拟和分析，得到其他工况下的目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸危险性；

23、基于其他工况下的目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸危险性，进行安全措施防控。

24、第二方面，本发明实施例提供一种甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演装置，包括：

25、获取模块，用于获取目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据以及纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理；

26、设置模块，用于基于所述爆炸实验数据和纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理设置初始爆炸反应机理；

27、反演模块，用于将所述初始爆炸反应机理导入cfd流体计算软件中进行模拟计算，直至计算结果与所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据的误差满足预设条件，得到目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体对应的目标爆炸反应机理。

28、第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演程序，以实现上述第一方面中所述的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法。

29、第四方面，本发明实施例提供一种存储介质，包括：所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述第一方面中所述的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法。

30、本发明实施例提供的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方案，通过获取目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据以及纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理；基于所述爆炸实验数据和纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理设置初始爆炸反应机理；将所述初始爆炸反应机理导入cfd流体计算软件中进行模拟计算，直至计算结果与所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据的误差满足预设条件，得到目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体对应的目标爆炸反应机理。相比于现有的甲烷/乙烷二元混合气体爆炸特性研究的方法成本高、存在安全隐患、研究结果不准确的问题，由本方案，基于不同初始体积甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据，应用fluent的数值模拟方法，通过模拟和实验相对比的方式反推获取甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸反应机理，研究成本较低、研究过程安全、研究结果较准确、可推广性强。

技术特征：

1.一种甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述爆炸实验数据和纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理设置初始爆炸反应机理，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述初始爆炸反应机理导入cfd流体计算软件中进行模拟计算，直至计算结果与所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据的误差满足预设条件，得到目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体对应的目标爆炸反应机理，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.一种甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演程序，以实现权利要求1~7中任一项所述的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1~7中任一项所述的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法。

技术总结
本发明实施例涉及一种甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸特性反演方法及装置，包括：获取目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据以及纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理；基于所述爆炸实验数据和纯甲烷和纯乙烷分别对应的爆炸反应机理设置初始爆炸反应机理；将所述初始爆炸反应机理导入CFD流体计算软件中进行模拟计算，直至计算结果与所述目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸实验数据的误差满足预设条件，得到目标体积比的甲烷/乙烷二元混合气体对应的目标爆炸反应机理。由此，可以低成本、安全、精准的研究甲烷/乙烷二元混合气体的爆炸反应机理。

技术研发人员：杨冬平,韩卓,刘洋,朱丽国,李亚宁,时宪,杜帆,胡芳芳,常琳,郭敏
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5