球罐內(nèi)氣體泄漏擴(kuò)散特性模擬及可燃區(qū)域預(yù)測(cè).pdf

1、球罐是石油、化工行業(yè)氣體介質(zhì)的主要存儲(chǔ)方式，一旦發(fā)生泄漏，內(nèi)部易燃、易爆或有毒的介質(zhì)極易引發(fā)事故，因此預(yù)測(cè)氣體泄漏擴(kuò)散后的可燃區(qū)域?qū)?shí)施救援和減少損失具有重要意義?，F(xiàn)有研究采用的預(yù)測(cè)模型存在一些不足，尤其是目前廣泛使用的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型，基本上將擴(kuò)散問(wèn)題簡(jiǎn)化為氣體以一定速度進(jìn)入計(jì)算區(qū)域，無(wú)法考慮泄漏口近場(chǎng)流場(chǎng)，無(wú)法準(zhǔn)確描述高壓可壓縮氣體泄漏、擴(kuò)散時(shí)的真實(shí)特性?；诖?，本文采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法，建立能夠綜合考慮球罐內(nèi)高壓氣體泄漏及擴(kuò)散

2、過(guò)程中泄漏口近場(chǎng)及擴(kuò)散遠(yuǎn)場(chǎng)的模擬模型，研究球罐內(nèi)天然氣的泄漏、擴(kuò)散特性，通過(guò)大量模擬計(jì)算，建立甲烷氣體泄漏擴(kuò)散可燃區(qū)域預(yù)測(cè)模型。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)依據(jù)實(shí)際球罐尺度建立了高壓氣體泄漏擴(kuò)散的數(shù)值模型，該模型能夠同時(shí)反應(yīng)泄漏口附近流場(chǎng)及擴(kuò)散遠(yuǎn)場(chǎng)形貌。系統(tǒng)地對(duì)近場(chǎng)形貌的定性、定量驗(yàn)證及遠(yuǎn)場(chǎng)擴(kuò)散尺度進(jìn)行驗(yàn)證，確定了模型的可靠性。
　　(2)利用已確定模型研究了甲烷氣體在不同泄漏狀態(tài)（臨界及亞臨界）下，

3、泄漏口附近和擴(kuò)散遠(yuǎn)場(chǎng)的濃度、壓力、速度等參數(shù)的變化規(guī)律。研究表明臨界泄漏狀態(tài)下，3MPa內(nèi)壓、150mm泄漏孔徑以及無(wú)風(fēng)時(shí)可燃區(qū)域最大水平距離為47.3m，最大垂直距離為10.24m，可燃區(qū)域末端產(chǎn)生“蘑菇云”形貌。泄漏口處噴射的氣體存在膨脹壓縮過(guò)程，壓力和速度發(fā)生較大的波動(dòng)，形成的負(fù)壓區(qū)對(duì)周圍空氣具有卷吸效應(yīng)，泄漏口附近出現(xiàn)了馬赫盤(pán);亞臨界狀態(tài)下，可燃區(qū)域末端不存在“蘑菇云”形貌。泄漏后的流場(chǎng)不存在膨脹壓縮現(xiàn)象，壓力和速度不存在波動(dòng)。

4、對(duì)比發(fā)現(xiàn)，臨界泄漏的可燃區(qū)域無(wú)論在橫向縱向范圍都超過(guò)亞臨界狀態(tài)。高壓甲烷發(fā)生泄漏時(shí)，數(shù)秒內(nèi)即達(dá)到穩(wěn)定，重力項(xiàng)對(duì)泄漏擴(kuò)散的影響較小。
　　(3)基于以上研究得出，高壓氣體泄漏擴(kuò)散的可燃?xì)庠菩螤罘譃橹鶢罘€(wěn)定射流部分和“蘑菇云”部分。定義可燃區(qū)域水平距離Lma、可燃?xì)庠曝Q直高度Hmax、和蘑菇云直徑Dmax量化可燃?xì)庠菩螤?。分別研究了罐內(nèi)介質(zhì)壓力、泄漏孔大小以及風(fēng)速對(duì)可燃?xì)庠瞥叨葏?shù)（Lmax、Hmax、Dmax）、泄漏量、可燃?xì)怏w體積

5、以及壓力速度的影響。研究表明，可燃區(qū)域尺度(Lmax、Hmax、Dmax)、泄漏量、可燃體積均隨介質(zhì)壓力以及泄漏孔徑呈線性增長(zhǎng)。介質(zhì)壓力在超過(guò)一定范圍后，泄漏口附近的膨脹壓縮波系不復(fù)存在。隨著內(nèi)壓的增加馬赫盤(pán)越加明顯且馬赫波尺度增大;泄漏量與口徑大小呈二次冪函數(shù)關(guān)系?？扇俭w積與泄漏孔徑呈冪函數(shù)關(guān)系;風(fēng)速對(duì)可燃濃度區(qū)域影響較為復(fù)雜，順風(fēng)風(fēng)速大于5m/s以及逆風(fēng)風(fēng)速大于10m/s時(shí)，可燃區(qū)域水平距離Lmax增大;其他風(fēng)速下Lmax幾乎不變。