压缩天然气瓶组安全间距数值模拟研究

天然气气瓶组的安全间距是压缩天然气加气站内的主要安全参数之一.基于CFD软件的物质传输与反应模块建立了高压天然气的泄漏扩散数值模型.应用模型对天然气气瓶组的泄漏扩散进行了研究,并考察了不同泄漏孔径(0.01 m、0.02 m、0.05 m)对泄漏扩散所形成危险区域传输距离的影响.依据数值结果确定了天然气气瓶组的安全间距.研究结果表明: 该泄漏扩散模型能直观实时的显示不同时刻天然气泄漏扩散在模拟区域中的传输距离与浓度分布,因此可用于高压天然气泄漏扩散事故的分析和储存装置安全间距的确定.相关研究结论可以为高压天然气泄漏扩散事故的处理提供依据,为天然气加气站的设计以及高压天然气场合安全间距的确定提供参考.     

晋济高速岩后隧道“3·1”事故追踪

<正>2014年3月1日,位于山西省晋城市境内的晋济高速岩后隧道内发生两辆甲醇车追尾相撞,导致前车甲醇泄漏,在司机处置过程中甲醇起火燃烧,隧道内42台车辆及煤炭等货物被引燃引爆。3月13日,国务院事故调查组的初步调查,使这起事故发生的原因初见端倪。2014年3月1日,位于山西省晋城市境内的晋济高速岩后隧道内发生两辆甲醇车追尾相撞,导致前车甲醇泄漏,在司机处置过程中甲醇起火燃烧,隧道内42辆车辆及煤炭等货物被引燃引爆。经现场清理、走访排查和采取DNA鉴定等技术手段核查,事故共造成31人死亡、9人失踪。     

居室天然气泄漏扩散过程仿真研究

随着我国城市环境保护的提高,城市燃料结构也在逐步改变。天然气作为一种清洁、高效的能源已经成为居民应用最广泛的燃料。随着天然气用户的不断增加,其事故次数也在不断上升。为了系统的研究居室内天然气泄漏扩散的过程和发展,预防居民家庭天然气火灾和爆炸事故以及发生事故后的应急提供依据。本文以普通的居民居室为研究对象,建立居室天然气泄漏扩散几何模型。并对室内天然气泄漏后的扩散状态进行仿真模拟,得到天然气泄漏后的室内扩散过程,以及在不同时间内存在爆炸极限的区域和达到爆炸极限的范围,并对爆炸后果进行了评估。结果显示：在设定条件下,泄漏发生后640 s,冰箱电源处达到爆炸下限,790 s时达到爆炸上限;其爆炸能量已达到使大型钢架结构破坏,大部分人员死亡的程度。泄漏1800 s后,可燃区域就扩散到厨房之外,存在于客厅之中了。     

基于CFD的城市埋地天然气管道泄漏扩散数值分析

针对城市埋地天然气管道泄漏天然气扩散问题,基于计算流体动力学CFD方法建立城市埋地天然气管道泄漏扩散数值模型,对天然气的主要成分——甲烷在土壤中的扩散行为进行模拟与分析,根据甲烷的爆炸极限观察天然气泄漏扩散危险区域变化,并分析不同孔隙率土壤对天然气扩散的影响。研究结果表明:埋地天然气管道泄漏气体扩散至土壤过程中,气体浓度等值线出现不规则变化,高浓度区等值线近似为椭圆,浓度梯度随时间的增加而减小,爆炸下限位置在天然气泄漏初期迅速变化,10 s后以均匀速度向地表移动;土壤孔隙率对天然气对流扩散影响显著,孔隙率越大,管道泄漏口处高浓度区域越大,中浓度区域越小,低浓度区域越容易扩展到地表,浓度梯度变化趋势相似。     

障碍物对居民户内燃气泄漏扩散特征影响研究

为研究障碍物与泄漏口间距对居民户内天然气泄漏浓度场分布的影响,进而为居民户内燃气事故的安全防控提供技术支撑,本文采用CFD软件对天然气泄漏在障碍物与泄漏点间距不同情况下形成的浓度场、可燃区域进行模拟计算,分析其对燃气扩散特征的影响。结果表明:当厨房内放置障碍物,且障碍物距泄漏口20cm时,爆炸危险区域面积出现速度明显提升,相同时间条件下,障碍物距泄漏口20cm时形成的爆炸危险区域面积最大,比无障碍物组高出26%;相同时间条件下,障碍物距泄漏口2cm与障碍物距泄漏口20cm、无障碍物2种情况相比,形成的爆炸危险区域面积更小。爆炸危险区域差值最大时,比障碍物距泄漏口20cm情况下降低95%,比无障碍物情况下降低90%。     

天然气管道泄漏火球事故后果模拟评价

天然气管道发生泄漏时,大约90%的气体产生燃烧并形成火球,遇火源即发生危害性非常大的火球爆炸事故。本文针对城市天然气管道泄漏事故,综合考虑天然气泄漏后可能发生的火球燃烧和爆炸,利用爆炸冲击波和火球热辐射模型对天然气管道(完全破裂)在发生泄漏时发生火球爆炸进行计算,结果表明:2分钟内泄漏天然气云团超压爆炸的死亡半径和热辐射的火球半径分别高达39.44m和92.93m。因此,通过计算天然气泄漏火球事故爆炸和热辐射范围,对天然气火球爆炸事故预防与应急救援具有一定的意义。     

基于ArcGIS Engine设计天然气管道泄漏事故后果评估系统

城市天然气管道是城市不可缺少的基础设施之一,为有效遏制天然气管道事故造成的重大灾害,需加强对应急救援系统的研究。选取高斯模型分析泄漏的天然气的扩散过程,并划分事故后果评估区域。利用ArcGIS Engine平台,设计并建立一个城市天然气管道泄漏事故的应急救援系统。利用该系统可模拟天然气管道泄漏后可能发生的气体扩散、火灾、爆炸等事故后果,通过天然气理化参数、天然气泄漏的初始状态和周围环境的气象条件,以可视化方式直观显示不同等级的事故后果评估缓冲区。     

受限空间泄漏孔径对气体扩散影响的模拟研究

室内天然气意外泄漏后极易引起火灾爆炸事故,为避免或减少其事故的发生,得到泄漏后气体扩散规律及爆炸危险浓度分布状况,利用Fluent软件对某12m×7m厂房在不同泄漏孔径下泄漏扩散情况进行了数值模拟.分析风速为1 m/s时,泄漏孔径对甲烷气体扩散的影响,并将燃气管道泄漏速率的模拟结果与理论预测值进行对比分析.结果表明:所建立的数学模型和设置参数是合理的;在不同泄漏孔径下,监测受限空间内5个不同点气体分布状况,得出在风速和壁面的影响下,排气扇附近相对较危险,窗户下方相对较安全.     

隧道内氨气泄漏扩散分布特征数值模拟

为分析运输过程中液氨罐车在隧道内泄漏的危险性,利用Fire Dynamics Simulator(FDS)软件模拟氨气在隧道内的扩散过程,发展了隧道内氨气泄漏扩散体积分数分布特征经验公式。采用大涡模拟处理湍流流动,以便兼顾计算精度和计算效率。考虑储罐车发生泄漏后停止不动,液氨在泄漏瞬间转变为气体,模拟在连续点源泄漏情况下的氨气射流及扩散过程。结果表明,高体积分数危险区域主要集中在隧道顶棚附近,更高截面的体积分数处于爆炸极限的区域更长。泄漏源与洞口之间的隧道中段区域的体积分数梯度相对两端较小,此中段区域也是人员安全高度截面最高氨气体积分数发生位置。最大泄漏量情况下氨气在沿纵向扩散过程中平均运动速率保持在0.63~1.06 m/s,扩散速率随纵向距离增加而降低。顶棚氨气体积分数升高程度随纵向距离增加呈幂函数降低,体积分数沿纵向衰减规律适用于其他泄漏量的情况。后期工作可考虑开展缩尺试验,并同时考虑通风条件等因素对氨气泄漏扩散的影响研究。发展的氨气在隧道内泄漏扩散的体积分数分布经验公式可为氨气事故后果评价、应急处置等工作提供参考。     

城区天然气管道泄漏数值模拟与爆炸危害分析

在人口密度为三级和四级的城区内,密集的高建筑物对天然气管道泄漏后的扩散和流场形成产生重要影响。本文以某城市的实际情况为例,建立多建筑物的空间几何模型,采用k-ε湍流方程,SIMPLE算法,模拟了在三种不同风流速度、三种不同压力条件下,城区天然气管道泄漏气体在多建筑物地形中的扩散情况。根据模拟结果,依据天然气的爆炸极限,对模拟结果及其火灾爆炸危害的范围进行了对比分析。结果表明,CH4气体的泄漏扩散同时受管道压力、风流速度和周围建筑物的影响;同时受当地风速的影响,泄漏气柱在风流作用下会发生偏折,造成阻挡风流的建筑物内侧危险气体浓度升高,大大增加建筑物周围环境的危险性。研究结果对城区天然气管道的建设具有一定的指导意义。     

架空天然气管道泄漏事故后果数值模拟研究

针对架空天然气管道泄漏引起的火灾爆炸问题,采用事件树分析泄漏扩散引起的事故后果,并在数值模拟中着重分析了模拟数学模型的选择。在三种不同泄漏孔径、两种不同风速、两种不同运行压力条件下分别应用ALHOA软件对事故后果进行数值模拟,结果表明:泄漏孔径、运行压力与危害影响范围成正比关系;在闪火和蒸气云爆炸中,风速与危害影响范围成反比关系,而风速对射流火灾的热辐射范围基本没有影响。     

天然气钻井井口安全距离研究分析

分析天然气钻井井场可能发生的事故类型及事故的破坏程度,选择适合的事故后果模型,对天然气井井喷失控后可能发生的蒸气云爆炸及硫化氢扩散的后果进行量化分析,根据超压-冲量准则、热剂量准则和硫化氢扩散行为规律,计算出爆炸波、爆炸火球及硫化氢扩散的危害范围。笔者建立了天然气钻井井口安全距离的计算模型,并提出一种确定安全距离的方法。通过计算给出不同无阻流量、不同硫化氢体积含量的20种条件下的天然气钻井井口安全距离,并应用该模型对某含硫气井井口安全距离进行了计算。实例表明,该方法具备实用性,值得在天然气井选址规划中推广和使用。     

高压储氢系统泄漏爆炸事故的动力学演化*

为研究燃料氢气泄漏、爆炸的特性和规律,预防高压储氢系统中氢气泄漏爆炸事故发生,以加氢站为背景,数值仿真45 MPa高压储罐氢气泄漏并引发爆炸事故,分析泄漏爆炸动力学性质以及爆炸波在非均匀氢气浓度中的传播机制。同时,基于泄漏爆炸事故演化的力学机理,开展氢气泄漏爆炸动态风险分析,针对氢气不同泄漏量,建立泄漏扩散形成的气云体积、气云爆炸产生的冲击波与空间x,z方向上危害距离之间关系。研究结果表明:氢气泄漏过程中,气云氢气浓度变化与流场雷诺数具有较好一致性;氢气扩散受到高压储氢罐周围装置影响,流场中氢气浓度分布不均匀;当发生燃烧爆炸事故时,冲击波参数和湍动能变化梯度大;得到复杂布局区域冲击波超压峰值与比例距离之间关系式,其相比于理论方法更精细、计算结果更准确。研究结果可为降低高压储氢系统泄漏爆炸事故后果、采取有效防护措施提供一定依据。     

铁路沿线可燃重气储罐最小隔离区域划分探讨*

为保护铁路线，以某化工厂距离高铁路线最近的丙烯球罐为例，提出丙烯球罐泄漏最小隔离区域划分方法以及2种保护高铁线路方案，利用重气扩散模型和定量风险评价（QRA）软件分别进行丙烯扩散模拟、爆炸模拟，并进行危险与可操作性分析（HAZOP）和保护层分析（LOPA）。结果表明:球罐发生泄漏及火灾爆炸等事故，会给附近铁路线带来严重破坏；丙烯泄漏或球罐因周围其他设备设施或可燃物质着火而温度升高时，保护措施不足；隧道的安全可靠性要高于仅设1道防爆墙，隧道长度需覆盖最小隔离区域的可及范围，在扩散区域内也需设立普通挡墙，在极度危险情况下，需要实施高铁停开等保护措施。     

液氨泄漏事故模式比较研究

泄漏、扩散、点火这3个因素,在液氨泄漏源附近一定的时空范围内,按不同时序可以演变成BLEVE、喷射火、闪火、蒸气云爆炸和大气中扩散等5种事故后果模式。该文针对液氨的独特理化性质,对液氨泄漏及其在大气中扩散物理过程进行了分析,并通过算例对比研究了5种液氨事故模式的危害范围和程度,为预防液氨泄漏事故发生和液氨泄漏事故预警提供参考。     

化学品事故应急响应中危害距离的确定

介绍了不同国家、机构确定的毒性物质、易燃易爆物质紧急暴露限值和化学品事故中危害距离的确定方法，并以液氯钢瓶泄漏事故说明毒性危害距离的确定，以天然气管线泄漏火灾、爆炸事故说明火灾爆炸事故危害距离的确定。     

液化石油气站储罐区火灾爆炸危险性分析与安全措施

选择具体的液化石油气储配站,分析了该站的危险特性、危险产生的途径及可能造成的后果。在没有任何防护措施的情况下,采用蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气云爆炸模型,对该站一个50m3储罐发生泄漏造成的火灾爆炸事故后果进行预测,得出火灾爆炸后的安全距离为大于211．0m。在储配站不能满足此安全距离的基础之上,从防止产生爆炸性气体环境、消除点火源和抑制事故扩大三方面来提出有效的安全措施,降低事故发生的概率及事故造成的损失。其中,站址选在全年最小频率风向的上风侧且周围空旷的地区,罐上设置液位计、压力表、温度计及可燃气体报警器可防止产生爆炸性气体环境;罐及管道设静电接地,法兰用铜线跨接,站内设警示标志可消除点火源;生产区与辅助区间设置隔离墙,罐区周围设置砖混围堤,罐上设安全阀可抑制火灾爆炸事故扩大。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。     

LNG加气站槽车卸车直供过程泄漏后果分析*

为研究LNG加气站槽车直接供液过程泄漏后果严重程度,采用HAZOP辨识槽车供液和储罐供液典型泄漏场景,基于PHAST分析不同泄漏场景下LNG液池半径、蒸汽云扩散距离及积聚时长、爆炸超压和池火热辐射影响范围,定量评价槽车供液可能造成的事故后果扩大程度。结果表明:槽车供液泄漏事故的LNG液池最大半径、蒸汽云最大扩散距离、爆炸超压最大影响半径和池火热辐射最大半径,分别为储罐供液的5.7,1.7,2.3,7.9倍;槽车在无人值守条件下泄漏形成的LNG液池最大半径和蒸汽云积聚时长,分别为有人值守下的1.85,56倍;日供液量较大加气站不宜采用槽车直接为汽车供液模式,而应采用先卸车入罐、再储罐供液的模式;应落实槽车卸车轮班值守制度,并与周边社区建立有效的应急联动方案。