工业LNG储罐泄漏扩散数值模拟

针对工业LNG储罐泄漏问题,基于Fluent软件结合UDF修正风速模型,研究不同工况下泄漏发展情况,并对泄露口下风向沿直线距离上的泄漏气体浓度进行分析,得出准确气体扩散浓度范围。研究结果表明,泄漏孔口越接近地面,横向扩散距离越大。相同风速下,泄漏路径上气体浓度具有相似的变化趋势,风速越高泄漏气体沿扩散路径的稀释作用越强。劲风条件下,泄漏下风口直线路径上最高CH4浓度与距离呈现负相关规律。     

天然气净化厂管道泄漏H2S毒害后果影响因素数值分析

为定量评估高含硫天然气开敞空间泄漏过程中风速、风向、泄漏速度、泄漏方向对毒害后果的影响，以天然气净化厂管道泄漏为例，采用正交实验设计方法设计实验场景，基于CFD进行泄漏扩散仿真实验，以吸入剂量、毒害面积、最大毒害面积到达时间、毒害体积、最大毒害体积到达时间作为毒害效应指标，分析不同因素对毒害后果的影响，并提出后果控制建议。研究结果表明:采用CFD方法进行泄漏扩散仿真能够还原泄漏扩散过程；利用正交实验进行影响因素分析可以节省实验资源、获取准确结果；风向和风速对各后果指标均比较敏感，在天然气净化厂建设过程中应着重考虑风的影响。仿真与正交实验结合的方法能够有效评估毒害后果影响因素的敏感性，可为毒害气体泄漏风险防控提供指导。     

化工罐区重质气体多源泄漏扩散实验研究

在模拟实验平台开展了罐区重质气体多源泄漏扩散的实验研究,考察多泄漏源同时泄漏时,泄漏源在罐区的位置、泄漏源间距对罐区重质气体漏扩散过程的影响。结果表明:泄漏源越靠近罐区边缘,重质气体扩散范围越大;泄漏源越靠近罐区中心区域,周围罐的阻碍作用较大,中心区域的重质气体浓度越高;泄漏源间的间距越小,泄漏源中间区域的重气浓度越大,泄漏源间的间距增大,气体扩散范围也增大,事故影响范围越大;泄漏压力、体积速率总和相同时,在一定的距离范围内,多源同时泄漏时空间各点的重质气体浓度与各泄漏源单独泄漏时空间各点重质气体浓度总和基本一致。     

基于FLACS的LNG船舶泄漏爆炸过程数值模拟研究*

为研究大尺寸、全场景下LNG船舶卸货作业过程中的泄漏爆炸风险,构建某LNG接收站及其周边20.5 km2的区域场景模型,采用FLACS软件数值模拟LNG泄漏扩散、气云爆炸的演化过程。结果表明:LNG从卸料臂处以满输速率持续泄漏5 min,最大液池面积17 047 m2,最大汽化速率350 kg/m3,遇点火源发生气云爆炸,爆炸持续时间12 s,产生最高爆炸火球340 m和最大爆炸超压0.25 MPa,形成半径380 m轻伤区、150 m重伤区和60 m死亡区。     

水面LNG液池扩展模型的分析与对比研究

为了评价在开阔水面上的液化天然气（LNG）火灾和蒸气云爆炸灾害后果，分析了LNG水面扩展动态过程；对比分析了Fay模型、FERC模型和计算流体力学软件FLACS的计算结果，探讨了LNG液池面积随时间的动态变化过程，分析了泄漏量、泄漏速率等参数对LNG液池扩展半径的影响；根据液池扩展模型的计算结果，确定了LNG液池的最大面积，并以此分析了LNG流淌火灾的辐射危害。研究结果表明:对于相同的泄漏条件，3种方法模拟的泄漏LNG水面扩展动态过程相似，一般情况下，FLACS模型，FERC模型和Fay模型所计算的最大液池半径依次增大;由于FERC模型与FLACS软件的模拟结果接近且偏于保守，故此在一般的工程应用时，采用FERC模型即可方便快捷地获得较为准确的结果。     

基于稳定风场的埋地天然气管道泄漏数值模拟

针对目前城镇埋地管道天然气泄漏研究模拟工况简单、可信性较低等问题,考虑障碍物对环境风场的影响,利用计算流体力学（CFD）软件建立天然气管道三维泄漏模型,将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和管道泄漏扩散的瞬态模拟两步,分析天然气泄漏扩散规律。结果表明:在风场稳态模拟中,建筑物附近风场受干扰明显,上游形成小范围的低速滞留区,下游形成较长的尾迹。在天然气泄漏扩散瞬态模拟中,土壤层天然气受风速影响较小,气体在近地面及贴近建筑物侧积聚,扩散范围随时间逐渐趋于稳定,泄漏扩散达到稳定后表现出土壤层积聚、气云沉降、贴近建筑物积聚、气云扩散局限性的特征。风速主要影响天然气的扩散高度,对水平方向的扩散范围影响较小,风速与天然气扩散高度成反比。     

泄漏孔形状对液化石油气泄漏扩散的影响

基于液化石油气的特点,建立了有限空间内部发生泄漏扩散的物理模型,模拟了液化石油气泄漏扩散的过程,通过模拟结果分析其扩散规律,并对比当泄漏孔形状分别为正方形、圆形、三角形时液化石油气扩散过程的变化以及对所形成的的爆炸危险区域的影响。监测点1（0.8,0.3,0）,点2（2.4,0.3,2.5）,点3（0,0.3,1.5）,点4（2,0.3,3）的浓度变化,找出报警器的最佳安放位置。结果表明:泄漏时间相同,丙烷的扩散范围从大到小依次为三角形孔口、圆形孔口、正方形孔口,爆炸危险区域也与泄漏孔形状有关,三角形孔口的危险区域范围最广,其次是圆形泄漏孔,正方形泄漏孔的范围最小,点1处的丙烷浓度增长幅度较大,浓度较高,可以更早达到报警浓度。     

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。     

基于CFD的半封闭空间内LNG泄漏后果研究

为定量分析半封闭空间内液化天然气（LNG）泄漏后果,利用计算流体力学（CFD）软件FLUENT,对不同条件下的“冷箱”内LNG泄漏后扩散与爆炸过程进行了模拟。结果表明:无论通风与否,危险区域（甲烷体积分数为5%~15%）一直存在,但通风时该区域比无通风时小; LNG泄漏后会导致箱内温度降低,且泄漏量越大温度下降越低,但通风在一定程度上能减小温降; 当危险区域最大时,发生爆炸产生的超压最大,对于泄漏量小的情况,通风能减小爆炸压力; 障碍物的存在会增大爆炸压力,研究中的最大爆炸超压为158 kPa,可对设备与人员造成严重危害,故在设计“冷箱”时须提出相应的强度要求。研究方法与结果对于与“冷箱”类似的受限空间安全设计与风险评估有指导意义。     

风速对LNG泄漏扩散过程影响的数值模拟

为研究环境风速对液化天然气(LNG)泄漏扩散过程的影响,采用Fluent建立LNG连续泄漏计算流体力学模型,开展不同风速下LNG泄漏扩散过程的数值模拟研究。结果表明,LNG泄漏扩散分为扩散初期、扩散中期、扩散后期3个阶段,扩散过程中LNG从低温重气逐渐转变成轻质气体。环境风速对气云的扩散主要体现在:低于5级风时,云团以两侧卷吸为主,气云表现为"叶状分叉"、中间低两端高,此时气云横风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而增大;而高于5级风时,云团以顶部卷吸为主,气云表现为云团坍塌、中间高两端低,此时气云垂直风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而减小。初步建立了LNG蒸气云爆炸风险范围与冻伤区域和泄漏时间、环境风速的函数关系,可为爆炸风险区域和低温冻伤区域的预测提供理论支撑。     

金属埋地管道腐蚀泄漏及大气扩散过程推理模型研究

为了定量评估埋地金属管道腐蚀泄漏的风险,将贝叶斯网络和蒙特卡罗模拟方法用于计算管道腐蚀泄漏及扩散范围概率。建立了埋地金属管道腐蚀泄漏贝叶斯网络,量化了各事件之间的关联。在已知先验概率的基础上,运用贝叶斯概率计算得到管道腐蚀泄漏的后验概率值。利用蒙特卡罗模拟方法对泄漏后气体扩散范围进行了数值模拟,给出了主要模型变量的概率密度函数,得到了扩散区域范围概率分布特征。研究结果表明,管道腐蚀泄漏过程受输送介质和土壤腐蚀性、防腐措施有效性和大气扩散条件的影响,具有较大的不确定性。分析方法考虑了模型参数随机性对计算结果的影响,评估结果可以用于比较不同条件下埋地金属管道腐蚀泄漏扩散的风险。     

钢铁企业工作场所煤气泄漏扩散规律的研究

以钢铁企业管网煤气泄漏为研究对象,以煤气泄漏扩散规律为研究主题,在确定煤气泄漏相似于浮力射流的基础上,建立煤气泄漏扩散的数学模型。采用CFD软件PHOENICS数值模拟气体泄漏过程的速度场及其浓度分布。在已有煤气泄漏检测系统的基础上,选择性实验模拟煤气泄漏浓度与扩散时间、扩散方向的变化。数值模拟和实验模拟表明,虽然两种方法所得结果存在一定差异,从定性分析角度而言,却能够反映工作场所煤气泄漏后在有限空间内运移扩散的一般规律。     

引入时间叠加的高斯液氨泄漏扩散 模拟及人员疏散研究

针对现有高斯模型进行液氨泄漏扩散模拟时未考虑气体空间叠加效应的问题,提出了改进的引入了时间叠加因素的高斯扩散模型。以某 工业园区用氨单位为实例,模拟毒气泄漏扩散情形,分析液氨泄漏后的浓度分布,在此基础上划分事故影响范围,结合周边实际情况,建立了 风险矩阵和人口密度矩阵,进行区域社会风险分析,验证了模拟的准确性,根据高斯扩散浓度范围及区域社会风险分析结果,确定了疏散区域 及最佳疏散路径,可为工业园区的应急疏散提供决策支撑。     

埋地原油管道油品泄漏扩散三维数值模拟

为了评估埋地原油管道泄漏的危害范围,以原油管道泄漏事故为研究对象,采用计算流体力学等理论知识,建立了埋地输油管道三维泄漏扩散过程的物理模型和数学模型,确定了泄漏前稳态的初始条件和泄漏后非稳态的边界条件;利用FLUENT软件进行了数值模拟,计算出了不同时刻油品在土壤中的扩散范围。计算结果表明,管道泄漏后原油扩散范围与泄漏时间保持一定变化规律,在无法检测扩散深度的情况下可根据扩散宽度进行粗略估算,大体确定事故泄漏扩散范围,可以为事故处置提供参考,提高事故的应急控制能力。     

室内氢气泄漏扩散的数值模拟

氢能是有发展前景的新型能源之一,氢气的安全储存是氢能应用必须解决的问题。本文建立了基于大容量金属储氢装置的室内氢气泄漏扩散模型,利用计算流体力学软件FLUENT,对室内储氢罐的泄漏扩散过程进行数值模拟,得到了氢气泄漏扩散的速度分布、浓度分布。分析数值模拟结果,得出在该模拟条件下,氢气泄漏时的流动状态为射流湍流;泄漏后上浮扩散,空间密闭时积累于室顶;通风条件下大部分区域的氢气浓度仍然高于安全限值。通过数值模拟,总结出氢气在室内环境下的泄漏扩散规律,可为氢气泄漏事故的处理消防安全设置提供依据。     

公路隧道内CNG管束气瓶车泄漏天然气扩散CFD仿真

气体管束气瓶车是运输压缩天然气(Compressed Natural Gas, CNG)的重要工具,针对CNG管束气瓶车运输过程中在公路隧道内发生追尾导致泄漏问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立CNG管束气瓶车遭追尾致泄漏后果预测与评估模型,对公路隧道内风场条件下泄漏天然气的扩散过程进行模拟与分析,研究CNG管束气瓶车泄漏天然气在隧道内的扩散规律和形成的危险区域范围。仿真结果表明:泄漏天然气扩散具有极速泄漏、外力作用、初期膨胀增长和稳定收缩等特征;喷射气云团能够覆盖肇事车辆前部,可能导致驾驶人员窒息或引发火灾、爆炸事故;实例工况下,泄漏气体扩散至稳态以后,形成爆炸极限浓度范围内的气云分布在肇事车辆前部1.5m至肇事车辆中部之间的区域;进行事故应急响应时,应封锁事故隧道,加强隧道内通风,在消防水枪的稀释掩护下对管束气瓶车进行堵漏作业。     

Quantification of source-level turbulence during LNG spills onto a water pond

The use of computational fluid dynamics (CFD) models to simulate LNG vapor dispersion scenarios has been growing steadily over the last few years, with applications to LNG spills on land as well as on water. Before a CFD model may be used to predict the vapor dispersion hazard distances for a hypothetical LNG spill scenario, it is necessary for the model to be validated with respect to relevant experimental data. As part of a joint-industry project aimed at validating the CFD methodology, the LNG vapor source term, including the turbulence level associated with the evaporation process vapors was quantified for one of the Falcon tests.This paper presents the method that was used to quantify the turbulent intensity of evaporating LNG, by analyzing the video images of one of the Falcon tests, which involved LNG spills onto a water pond. The measured rate of LNG pool growth and spreading and the quantified turbulence intensity that were obtained from the image analysis were used as the LNG vapor source term in the CFD model to simulate the Falcon-1 LNG spill test. Several CFD simulations were performed, using a vaporization flux of 0.127 kg/m² s, radial and outward spreading velocities of 1.53 and 0.55 m/s respectively, and a range of turbulence kinetic energy values between 2.9 and 28.8 m²/s². The resulting growth and spread of the vapor cloud within the impounded area and outside of it were found to match the observed behavior and the experimental measured data.The results of the analysis presented in this paper demonstrate that a detailed and accurate definition of the LNG vapor source term is critical in order for any vapor cloud dispersion simulation to provide useful and reliable results.     

浅埋近距离煤层内错布置采空区自燃危险区域研究

浅埋近距离煤层内错布置开采下部煤层时,地表裂隙易与复合采空区相互贯通,造成地表漏风,使采空区,特别是上部老采空自燃危险区域的分布难以预测。针对此问题,以酸刺沟煤矿6上109工作面至地表空间为研究对象,在漏风测定及束管监测的基础上,建立地表与复合采空区漏风模型,借助FLUENT数值模拟软件,研究地表漏风对复合采空区自燃危险区域的影响。研究表明,地表漏风最终汇入下部采空区回风侧,加大了其自燃危险区域范围;漏风流在向回风侧偏移的过程中,由于煤柱的阻挡,风速逐渐降低,与下部漏入的风流共同作用,使上部老采空区形成了氧浓度中间低四周高的不规则环状自燃危险区域;下部采空区进风侧向上的漏风增加了本煤层采空区的总漏风量,加大了其自燃危险区域宽度,同时增加了上部老采空区局部氧浓度,使其自燃危险性增大。     

航天发射场液体推进剂的泄漏扩散模型研究

为了实现对有毒推进剂泄漏扩散浓度的快速估算，对液体推进剂偏二甲肼在发射场泄漏蒸发扩散的实际情况进行理论分析，建立扩散模型，并从泄漏源、沉积效应、地面反射、大气稳定度等方面对扩散模型进行完善；应用数值模拟方法进行仿真，将数值模拟结果与实验数据、理论计算结果进行对比分析。研究结果表明:气体扩散模型与数值模拟及实验结果基本一致，但扩散模型计算结果偏小，这是由于推进剂进行了燃烧和氧化反应，扩散区域温度上升，大气稳定度降低，实际浓度更大。     

泄漏孔高度对液氯槽罐车泄漏后果的影响研究

为研究液氯槽罐车在道路运输过程中,罐体泄漏孔高度对液氯泄漏扩散过程的影响,本文基于计算流体力学软件Fluent,建立不同高度泄漏孔对应的罐体气相、液相空间泄漏的理论模型,计算不同泄漏模型的泄漏量,研究不同风向、风速、泄漏孔径对氯气泄漏扩散过程的影响。结果表明:风向对2种泄漏模式的扩散范围影响不显著;风速较小时,气相空间泄漏的致命范围大于液相泄漏;风速较大时,液相空间泄漏的致命范围远远大于气相空间;同时,两者受风速的影响具有相似点,风速越大泄漏扩散相对稳定后的氯气浓度值越低;气相、液相泄漏模式的致命范围均随泄漏孔径的增大而增大。研究成果可为液氯槽罐车泄漏事故应急救援、应急处置提供依据。