CN108304682A - 一种可燃工质逆循环系统的综合型安全评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可燃工质逆循环系统的综合型安全评价方法，包括以下步骤：利用故障树分析法确定循环系统工质泄漏的概率，得到逆循环系统工质泄漏的关键节点；利用模拟软件，建立逆循环系统工质泄漏模型，确定逆循环系统工质泄漏后的空间浓度场分布规律；确定逆循环可燃工质在不同工况下的基础燃爆特性参数；确定逆循环系统环境的点火源，得到逆循环系统工质泄漏燃爆引发的潜在危险域；结合微观分子学、物理化学和化学链式反应原理，确定逆循环系统可燃工质在其潜在危险域发生燃爆事故后的毒气效应；进行综合评价，提出全面的安全使用准则和风险防范措施。整套分析评价方法贴近工程项目的本质过程，达到了全面科学严谨地进行综合分析评价的目的。
Description
技术领域
本发明涉及热力循环技术领域，具体涉及可燃工质逆循环系统在生命周期内的安全评价方法。
背景技术
近年来，全球能源环境形势日趋紧迫，由温室效应引起的全球变暖问题日益突出。世界各国及组织纷纷出台法规，控制温室气体的排放。其中具有代表性是是2016年10月15日全球超过170个国家达成的以“逐步减少氢氟碳化合物”为中心思想的《蒙特利尔议定书》基加利修正案，明确了各国淘汰高温室效应HFCs的时间表。至此目前广泛使用的各类高温室效应逆循环系统工质被纳入淘汰行列。
当前潜在的及推广的逆循环系统环保型工质主要有自然工质(CO2、NH3、碳氢类化合物)和不饱和烯烃。值得注意的是，这些替代工质大都具有一定的可燃性，甚至属于易燃易爆气体。例如：R290、R600a、R1234yf等可燃工质已被逐步推广使用。采用上述可燃环保型工质的逆循环系统一旦产生泄漏，极有可能发生燃烧乃至爆炸，引起严重的财产损失和人员伤害。
近几年，国内外发生多起由于逆循环系统可燃工质泄漏燃爆引起的重大伤亡事故：2013年吉林宝源丰公司和上海翁牌公司接连发生的两起重大冷库工质泄漏燃爆事故，分别造成121死76伤和15死25伤；2017年6月法国伦敦一所公寓由于冰箱工质泄漏引起大火，造成79死多伤；2016年12月美国奥克兰仓库同样由冰箱工质泄漏引起火灾，造成36死多伤；韩国利川市冷冻物流中心曾发生工质燃爆火灾事故，造成40死10伤。可知，由于人们对可燃工质逆循环系统使用风险的认识不足，无法诠释这些事故引发的根本源由，导致有效对策和预警防范的科学依据严重缺失。故而，目前亟需开展可燃工质逆循环系统的综合型安全评价，为可燃工质逆循环系统的安全使用提供评估方法，实现逆循环系统的安全、高效和长期运行。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可燃工质逆循环系统的综合型安全评价方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种可燃工质逆循环系统的综合型安全评价方法，包括以下步骤：
1)利用故障树分析法确定循环系统工质泄漏的概率，得到逆循环系统工质泄漏的关键节点；
2)结合工程热力学和流体力学，利用模拟软件，建立逆循环系统工质泄漏模型，确定逆循环系统工质泄漏后的空间浓度场分布规律；
3)结合燃烧学原理，参照已有可燃工质燃爆特性参数数据，确定逆循环可燃工质在不同工况下的基础燃爆特性参数；
4)综合上述逆循环系统工质泄漏浓度场分布和可燃工质燃爆特性参数，确定逆循环系统环境的点火源，得到逆循环系统工质泄漏燃爆引发的潜在危险域；
5)结合微观分子学、物理化学和化学链式反应原理，确定逆循环系统可燃工质在其潜在危险域发生燃爆事故后的毒气效应；
6)基于上述步骤1)的风险识别、步骤2)和步骤3)的风险分析、步骤4)和步骤5)的风险评价结果，进行综合评价，提出全面的安全使用准则和风险防范措施。
进一步的，步骤1)包括：分析逆循环系统本身特性、周围环境特点及其相互作用，列出故障树分析法的所有基本事件；及画出逆循环系统工质泄漏事故的故障树，利用布尔运算计算最小割集、最小径集和各基本事件的结构重要度。
进一步的，步骤2)中所述模拟软件为CFD。
进一步的，步骤3)中工况包括包括系统停机和运行状况下的不同温度、湿度、压力和气流扰动。可燃工质燃爆特性参数包括：燃烧极限、火焰传播速度、燃烧热、燃点、理论燃烧温度、最高火焰温度、最小点火能和定容爆炸压力。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1)本发明安全评价方法是贴近系统实际泄漏燃爆事故本质的安全预评价方法。该评价方法不仅全面运用国家法规和标准规范，同时采用了事故模拟方法和模拟计算分析了事故发生潜在危险域，此外又运用可燃工质燃爆特性风险预估和燃爆发生后的毒气效应分析，整套分析评价方法贴近工程项目的本质过程，达到了全面科学严谨地进行综合分析评价的目的。
2)采用本发明的安全评价方法对可燃工质逆循环系统进行安全预评价，是一种基于逆循环系统和可燃工质特性的涵盖系统工质泄漏、起燃、传播和熄灭的全生命周期的综合型安全评价方法，填补了目前对该领域的危险性评估分析空白，补充了可燃工质本身燃爆特性和燃烧毒气效应分析，安全评价技术方案的深度得到质的提升，为我国新一代逆循环新型环保工质安全使用标准的制定提供科学依据。
附图说明
图1为实施例中房间空调器R290泄漏事故的故障树。
图2为实施例中房间空调器泄漏物理模型。
图3为实施例中正常开机时房间空调器室内机发生泄漏R290浓度场分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本实施例以使用可燃工质R290为制冷剂的房间空调器的泄漏燃爆风险分析为例对本发明做进一步的详细说明，但本发明并不局限于这一实施例。
R290房间空调器的泄漏燃爆风险分析和风险评价，包括如下实施步骤：
1)利用故障树分析法分析房间空调器工质R290泄漏的概率评价方法，得到房间空调器系统工质泄漏的关键节点，包括如下步骤：
①分析房间空调器本身特性和周围环境特点，列出故障树分析法的所有基本事件，如表1所示；
表1房间空调器R290泄漏事故的分析事件表
②根据上述时间表画出逆循环系统工质泄漏事故的故障树，如图1所示。利用布尔运算计算最小割集、最小径集、各基本事件的结构重要度。
2)建立房间空调器工质泄漏模型，分析R290工质从房间空调器室内机泄漏后的浓度场分布规律，包括如下步骤：
①假设泄漏发生在典型房间内，房间、门、窗、床和家具的尺寸分别查阅国标设定；空调尺寸数据取常见分体壁挂机。利用CFD模拟软件建立房间空调器泄漏物理模型，如图2所示。
②根据该房间空调器工质泄漏的具体环境，设定初始和边界条件，计算R290泄漏后的浓度场分布。例，图3显示的是在正常开机情况下室内机发生工质泄漏的浓度场。
③分析上述R290房间空调器在不同初始和边界条件下的浓度场分布图，得到工质泄漏后在房间的浓度分布规律。以上述正常开机时发生泄漏为例，此时R290在泄漏点以类似喷射状分布，浓度最高点在室内机泄漏点位置，室内机泄漏点正前方浓度较高，其他位置浓度相对较低，房间上方无工质。
3)R290工质在不同工况下的基础燃爆特性参数分析。
结合燃烧学原理，查阅R290燃爆特性参数和相关实验数据库，得到R290燃爆特性参数：燃点462℃，在空气中的可燃浓度范围为2.1‐9.5％，燃烧下限为2.1％，燃烧热2217.8kJ/mol、基本火焰传播速度0.46m/，理论燃烧温度2155℃，最高火焰温度2380℃，最小点火能0.25mJ，定容爆炸压力7.6×105Pa。
可知，R290是易燃易爆工质，发生泄漏后极易引发燃爆事故。
4)划分R290房间空调器室内机泄漏燃爆引发的潜在危险域。
首先分析该逆循环系统所处环境的点火源，得到R290房间空调器的室内机环境点火源主要分为两大类：一是固有点火源，有系统电机电火花、系统线路过载打火、电磁四通阀接线处点火、房间电线短路和房间开关电火花；二是潜在点火源，有高温热表面、人为吸烟火源、静电火花、天气闪电产生火花、室外节日烟火和局部着火。
结合上述逆循环系统工质泄漏浓度场分布图，得到R290房间空调器泄漏事故的工质浓度最高点在泄漏点位置，且在泄漏点下方呈喷射状递减分布。由R290的在空气中的燃烧下限为2.1％，可得若在上述浓度较高区域出现点火源，则会发生工质泄漏燃爆事故。由此可知，R290房间空调器工质泄漏的浓度大于2.1％的区域与点火源可能出现的区域二者的重叠区，即为R290房间空调器室内机泄漏燃爆引发的潜在危险域。
5)R290房间空调器发生泄漏燃爆事故后的毒气效应分析。
此部分的毒气效应主要分为两大部分：一是制冷剂燃烧产物的影响；二是室内发生燃爆火灾后空调挂机、床和家具等物品燃烧产生的有毒气体的影响。
R290燃烧产物：由链式反应原理及燃烧学知识，可知其过程必然同时存在R290工质的完全燃烧反应和不完全燃烧反应，故而其发生泄漏燃爆事故可能产生的毒气有：R290、CO和CO2，其最高允许浓度和危害见表2。
其次是室内物品的燃烧产生的有毒气体：室内物品的主要组成原料有：木材、金属、塑料、橡胶和涂料等，燃烧产生的有毒气体主要有：CO、CO2、HF、HCl、COCl2、HCN、NH3、NO和NO2，其最高允许浓度和危害见表2.
表2毒气的最高允许浓度和危害
6)基于上述分析，对可燃工质R290房间空调器的使用运行提供全面的安全使用准则和风险防范措施。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可燃工质逆循环系统的综合型安全评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用故障树分析法确定循环系统工质泄漏的概率，得到逆循环系统工质泄漏的关键节点；
2)结合工程热力学和流体力学，利用模拟软件，建立逆循环系统工质泄漏模型，确定逆循环系统工质泄漏后的空间浓度场分布规律；
3)结合燃烧学原理，参照已有可燃工质燃爆特性参数数据，确定逆循环可燃工质在不同工况下的基础燃爆特性参数；
4)综合上述逆循环系统工质泄漏浓度场分布和可燃工质燃爆特性参数，确定逆循环系统环境的点火源，得到逆循环系统工质泄漏燃爆引发的潜在危险域；
5)结合微观分子学、物理化学和化学链式反应原理，确定逆循环系统可燃工质在其潜在危险域发生燃爆事故后的毒气效应；
6)基于上述步骤1)的风险识别、步骤2)和步骤3)的风险分析、步骤4)和步骤5)的风险评价结果，进行综合评价，提出全面的安全使用准则和风险防范措施。
2.根据权利要求1所述一种可燃工质逆循环系统的综合型安全评价方法，其特征在于，步骤1)包括：分析逆循环系统本身特性、周围环境特点及其相互作用，列出故障树分析法的所有基本事件；及画出逆循环系统工质泄漏事故的故障树，利用布尔运算计算最小割集、最小径集和各基本事件的结构重要度。
3.根据权利要求1所述一种可燃工质逆循环系统的综合型安全评价方法，其特征在于，步骤2)中所述模拟软件为CFD。
4.根据权利要求1所述一种可燃工质逆循环系统的综合型安全评价方法，其特征在于，步骤3)中工况包括系统停机和运行状况下的不同温度、湿度、压力和气流扰动。
5.根据权利要求1或4所述一种可燃工质逆循环系统的综合型安全评价方法，其特征在于，步骤3)中可燃工质燃爆特性参数包括：燃烧极限、火焰传播速度、燃烧热、燃点、理论燃烧温度、最高火焰温度、最小点火能和定容爆炸压力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180720 |