球罐內(nèi)氣體泄漏擴散特性模擬及可燃區(qū)域預(yù)測.pdf

1、球罐是石油、化工行業(yè)氣體介質(zhì)的主要存儲方式，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)測氣體泄漏擴散后的可燃區(qū)域?qū)嵤┚仍蜏p少損失具有重要意義?，F(xiàn)有研究采用的預(yù)測模型存在一些不足，尤其是目前廣泛使用的計算流體動力學(xué)模型，基本上將擴散問題簡化為氣體以一定速度進(jìn)入計算區(qū)域，無法考慮泄漏口近場流場，無法準(zhǔn)確描述高壓可壓縮氣體泄漏、擴散時的真實特性?；诖?，本文采用計算流體動力學(xué)方法，建立能夠綜合考慮球罐內(nèi)高壓氣體泄漏及擴散

2、過程中泄漏口近場及擴散遠(yuǎn)場的模擬模型，研究球罐內(nèi)天然氣的泄漏、擴散特性，通過大量模擬計算，建立甲烷氣體泄漏擴散可燃區(qū)域預(yù)測模型。
　　本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)依據(jù)實際球罐尺度建立了高壓氣體泄漏擴散的數(shù)值模型，該模型能夠同時反應(yīng)泄漏口附近流場及擴散遠(yuǎn)場形貌。系統(tǒng)地對近場形貌的定性、定量驗證及遠(yuǎn)場擴散尺度進(jìn)行驗證，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、泄漏口附近和擴散遠(yuǎn)場的濃度、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泄漏孔徑以及無風(fēng)時可燃區(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程，壓力和速度發(fā)生較大的波動，形成的負(fù)壓區(qū)對周圍空氣具有卷吸效應(yīng)，泄漏口附近出現(xiàn)了馬赫盤;亞臨界狀態(tài)下，可燃區(qū)域末端不存在“蘑菇云”形貌。泄漏后的流場不存在膨脹壓縮現(xiàn)象，壓力和速度不存在波動。

4、對比發(fā)現(xiàn)，臨界泄漏的可燃區(qū)域無論在橫向縱向范圍都超過亞臨界狀態(tài)。高壓甲烷發(fā)生泄漏時，數(shù)秒內(nèi)即達(dá)到穩(wěn)定，重力項對泄漏擴散的影響較小。
　　(3)基于以上研究得出，高壓氣體泄漏擴散的可燃?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)庠菩螤睢７謩e研究了罐內(nèi)介質(zhì)壓力、泄漏孔大小以及風(fēng)速對可燃?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。介質(zhì)壓力在超過一定范圍后，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，可燃區(qū)域水平距離Lmax增大;其他風(fēng)速下Lmax幾乎不變。