基于稳定风场的架空天然气管道泄漏数值模拟

针对架空管道天然气泄漏问题,考虑管道自身对泄漏扩散的影响,利用计算流体力学(CFD)软件建立天然气管道三维泄漏模型,为提高模拟可信性和合理性,先对计算流域风场进行稳态模拟,再对天然气泄漏扩散过程进行瞬态模拟,分析天然气泄漏扩散规律及风速对泄漏扩散的影响。结果表明:在稳态风场模拟中,管道附近风场受管道影响十分明显,管道上下侧面风速极高;在瞬态天然气泄漏扩散模拟中,天然气泄漏初期的扩散受风速影响明显,验证了先进行稳态风场模拟的必要性,泄漏扩散达到稳定状态后出现气云沉降、单侧分布、尾部分叉、风速影响扩散距离的特征;同等风速条件下,较小浓度边界扩散范围大,达到稳定所需时间短,同等浓度边界条件下,风速与扩散影响面积和浓度边界达到稳定所用时间成反比。     

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。     

球罐内甲烷气体泄漏形成的可燃气云规律研究

基于计算流动动力学(CFD)方法,以Fluent软件为平台,以大连新港某球罐区为研究对象,建立真实尺寸的球罐内可燃气体泄漏扩散数值模拟模型,分析甲烷扩散规律及可燃气云尺度.提出采用可燃气云稳定状态时的水平方向长度Lmax、竖直方向高度Dmax作为尺度的衡量参数,用以评估可燃气云区域的大小.探讨初始压力、泄漏孔径、正风向风速对尺度参数Lmax和Dmax的影响规律,并对比可燃气体种类对尺度参数的影响.结果表明:甲烷以临界状态通过泄漏孔时,初始压力对Lmax和Dmax的影响可以忽略;Lmax和Dmax随泄漏孔径增加而线性增大,但随正风向风速增加而线性减小;相同泄漏扩散条件下,氢气泄漏引起的可燃气云范围最大,甲烷次之,丙烷最小.     

基于FLACS的LPG槽车卸车作业泄漏后果影响研究

为探究LPG槽车发生泄漏时环境因素的影响关系,针对LPG槽车的万向管与槽车连接处脱落卸车场景,通过后果模拟软件FLACS进行事故仿真,研究LPG槽车在不同风速、风向、环境温度下的泄漏规律。研究结果表明：风速越大,可燃气云体积越小,达到峰值的时间更早,物料浓度更低;不同风向下扩散距离越大,可燃气云体积越小,物料浓度越低;LPG浓度随泄漏扩散距离呈衰减现象,环境温度对于LPG扩散的浓度分布影响较小;发生泄漏事故时,应保持直立状态尽快逃离泄漏区域。     

穿越城市生活区的天然气管道泄漏连锁爆燃后果评估研究*

为评估城市天然气管道泄漏连锁爆燃事故后果,基于计算流体力学(CFD)方法构建穿越城市区域的天然气管道泄漏连锁爆燃后果预测与评估模型,以某城市生活区域为例,在城市生活区域建筑物内风场流动计算的基础上,模拟风场作用下可燃气体在城市建筑物空间内的运移规律,预测可燃气云的积聚区域;考虑意外点火的情况,计算城市生活区域内可燃气云爆燃灾害特征,预测爆燃超压、热辐射和高温的影响。研究结果表明:由于建筑物之间的阻挡与反射作用,建筑物下风向有明显的低风速区域,并在一定时间段后扩散过程趋于稳定;在爆燃火焰作用下,高温和热辐射会造成建筑物部分钢结构发生失效变形。     

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。     

高校实验室甲烷泄漏扩散过程的数值模拟

为分析高校实验室甲烷气瓶在泄漏后的危险性,基于计算流体力学(CFD)方法,以某高校实验室楼层为模型,使用Fluent软件模拟甲烷泄漏后的扩散过程,研究甲烷扩散规律,分析风速与通风条件对甲烷扩散的影响,判定甲烷危险爆炸区域.结果表明,甲烷流动受建筑结构影响显著,室内甲烷体积分数呈梯度分布,良好通风环境下的高风速对气体输送作用强,湍动能大,因而能快速降低甲烷体积分数,低风速条件下甲烷滞留在室内时间更久而易增加风险.甲烷气瓶发生泄漏时,爆炸区间主要集中在室内顶板,靠近泄漏点正上方的墙壁死角体积分数最高,并且气云在泄漏点同一侧的空间活动更多,相邻室内的甲烷旋流发生累积.最后针对模拟结果提出防控及应急措施,如危险化学品类气瓶的实验室选址、室内结构及监测装置的考虑等,并根据泄漏特性对撤离时的疏散路线给出建议.     

含硫天然气管道中毒潜在影响半径计算方法

含硫天然气的泄漏会造成人员中毒,严重威胁管道附近人员的生命安全,ASME标准中推荐的潜在影响半径计算模型不适用于含硫天然气管道。常用气体扩散模型忽略泄漏气体的喷射作用导致中毒影响半径计算结果过于保守,因此首先分析含硫天然气管道泄漏特点,考虑泄漏气体喷射高度和泄漏速率的变化对硫化氢地面体积分数的影响,基于天然气泄漏扩散规律建立了不同时刻烟团和烟羽体积分数叠加表征的硫化氢中毒潜在影响半径R计算模型。考虑截断阀紧急关闭影响,按照30 s时间提出了泄漏速率分段计算依据,并合理确定了瞬时泄漏气团质量Q、连续性泄漏源强q、扩散参数以及泄漏气团中心高度H等基本参数。针对不同压力、管径、硫化氢体积分数条件,进行了中毒影响半径、热辐射潜在影响半径及忽略喷射高度的影响半径对比分析,合理提出了按照中毒潜在影响半径确定含硫天然气管道潜在影响半径的计算方法。     

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.     

风速梯度对海上可燃气云爆燃特性影响的数值模拟

针对海底输气管道和燃气运输船舶发生泄漏形成可燃气云的问题,基于k-ε湍流模型,并利用涡耗散模型,数值模拟6种风速梯度(1~11 m/s)下海上可燃气云的形成和爆燃过程,研究风速梯度对气云爆燃压力和温度特性的具体影响。结果表明:随着风速梯度的增加,稳定气云面积减小,爆燃最大压力降低,下风向低空区域的最高温度略有下降,火焰逐渐远离高空区域,直至完全停留在低空区域;在低空区域,风速梯度为1 m/s时无法形成大面积气云和持续高温,为3~11 m/s时将形成长时间、大范围的高温区。     

原油储罐区可燃气体探测器布置优化方案研究

为有效预警原油储备区储罐气体泄漏,制定气体探测器布置优化方案,以某大型原油站库为例,基于CFD法和FLACS软件模拟原油泄漏及可燃蒸汽云溢散分布,通过分析蒸汽云扩散规律,实现全方位气体探测器优化布置。结果表明:原油储罐区探测器分别布置在区块21-2、6-1、31-1、40-2,且每个罐组总计布置16处;优化设置方案可满足所有泄漏场景下可燃气体探测需求,有效减少探测器配置冗余。可为泄漏事故早期预警提供技术支持。     

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。     

工厂三维建模及其事故模拟

利用Microstation软件对某化工厂区进行三维建模,在考虑实际外界风向、风速,不同点火源位置等重要影响因素的条件下,运用计算流体动力学(CFD)软件FLACS,研究了有毒、易燃易爆的氯乙烯液化气体储罐安全阀气体泄漏和储罐底部物料管线液态氯乙烯的泄漏、蒸发、扩散和爆炸作用等过程,计算结果可以给出氯乙烯火灾、爆炸或扩散中毒等事故后果的影响范围和相关精确物理量。模拟结果表明,对于常温下的氯乙烯液化气体球罐,球罐安全阀泄漏后罐区及周边不会有燃烧或爆炸危险;而物料管线在特定的液相泄漏情景下,蒸发扩散的氯乙烯气云则有可能发生气云爆炸;但在弱约束条件下,爆炸冲击波作用比较微弱。该研究方法及其结果可以为石油化工企业选址、设计布局、安全规划、风险分析、应急救援及事故调查等提供更加准确的依据。     

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。     

Impact of leakage location and downwind storage tank on the gas dispersion in a typical chemical tank storage area

Toxic gas leakage in a tank area can have catastrophic consequences. Storage tank leakage location (particularly for high leakage) and downwind storage tanks potentially influence gas diffusion in tank areas. In this study, we developed a numerical and experimental method to investigate the impact of a high leakage location and downwind storage tank on gas diffusion based on three (1.05H, 0.90H, and 0.77H, H was the tank height, 22m) leakage field experiments on the leeward side of storage tank, which have been not conducted before. The experiments revealed an unexpected phenomenon: the maximum ground concentration first decreased and then increased with increasing leakage height. The simulations illustrated that the differences in micrometeorological conditions caused the maximum ground concentration of gas emitted from the roof to be higher than that emitted from the tank wall near the storage tank height. The downwind storage tank 1) had little influence on the entire diffusion direction but altered the local diffusion pattern; 2) reduced the maximum ground concentration (∼18.7%) and the distance from the emission source (approximately a storage tank diameter); and 3) had strong influences on the concentration, velocity, turbulence, and pressure on the leeward side. The concentration negatively correlated with the velocity, pressure, and turbulence in the middle of the two storage tanks on wind centerline. Our results can improve understanding of gas dispersion in tank areas and provide references for mitigating loss and protecting lives during emergency response processes.     

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。