基于Fluent的井喷失控有毒气体扩散模拟研究

井喷是石油工业生产中比较常见的一种事故,特别是高含硫气井井喷后会造成重大的人员伤亡,研究H2S气井井喷后毒气扩散规律具有重要现实意义.基于重庆开县“12·23”井喷事件的初始数据,建立了具有障碍物的含H2S气井井喷事故模型.运用Fluent软件对不同高度的障碍物、不同风速、不同井口释放速率三种工况下的含H2S气井井喷扩散情况进行了模拟研究,得出了三种工况下1000ppmH2S的最远扩散距离,为高含硫气井的应急疏散和安全规划提供参考.     

含硫气井公众危害程度分级方法研究

本文对我国陆上含硫化氢天然气井的公众危害程度分级方法进行了研究.通过对国内外含硫气井分级方法的调研,利用含硫气井数据统计分析、事故后果数值模拟等技术手段,结合我国国情,提出了以硫化氢释放速率为分级指标、将含硫气井按公众危害程度划分为三级的分级方法,提出了硫化氢释放速率的计算方法,并对我国含硫气井进行了分级.     

含硫天然气泄漏扩散事故后果三维数值模拟

含硫天然气泄漏扩散是一个非常复杂的扩散过程,它受复杂地形空间、不同风向、风速等各种条件的影响。为此,采用可行的计算流体动力学(CFD)对这一过程进行了三维数值模拟,根据龙岗001-81井含硫天然气泄漏扩散事故现场,利用ArcGIS软件提取该井周围2 500 m范围内的地形数据建立计算域物理模型,模拟了在多种工况下(不同地形、风向、风速)含硫天然气的扩散规律,对扩散结果进行规律性总结。     

高含硫天然气泄漏爆炸与毒性影响因素分析

为探究高含硫天然气发生泄漏时危害影响因素的相互关系,基于火焰加速模拟器(FLACS)软件模拟,采用单因素分析和均匀设计法研究CH4和H2S体积分数含量比、通风速率和管道压力对高含硫天然气泄漏爆炸与毒性的影响。研究结果表明:影响高含硫天然气泄漏爆炸极限范围因素主次顺序为通风速率管道压力 CH4与H2S含量比,其中通风速率负相关,管道压力、CH4与H2S含量比呈正相关,通风速率对爆炸极限范围影响最显著;影响泄漏毒性敏感主次因素相反,通风速率、含量比呈负相关,压力呈正相关,CH4与H2S含量比影响最显著。     

含硫气井井筒完整性风险评价研究

针对含硫气井开发过程中井筒完整性失效风险,建立了含硫气井风险评价模型。采用Bow-tie模型将井筒完整性的失效形式分为水力屏障失效、实体屏障失效和操作管理屏障失效3个方面,确定了含硫气井井筒完整性失效的28个风险因素;基于层次分析法定量确定了各风险因素的权重,通过风险矩阵法评估了风险因素发生的可能性与严重程度,实现了对井筒完整性风险等级的划分。将以上方法对某含硫气井进行了应用,确定了该井的风险等级及主要风险因素。研究结果表明:建立的风险评价模型能够对含硫气井井筒完整性进行评价,确定风险等级。该方法的应用有助于降低含硫气井的事故风险,可为含硫气井完整性现场管理提供参考。     

点火因素对于重大井喷事故的影响分析

本文主要分析了高含硫气井点火时间的影响.首先分析国内某重大高含硫井喷事故的调查结果[1],其次采用大涡模拟方法对井喷气体扩散进行模拟,并将计算结果与现场实际调查结果进行对比.通过计算不同点火时间在事故中造成的灾难后果,得出点火时间对于灾难的影响.通过计算不同的气象条件下的扩散距离,提出15min的点火时间标准.     

设计阶段高含硫天然气管道泄漏、爆炸危险的本质安全化分析与改进

通过对两种主要的事故形式——高含硫天然气泄漏导致的硫化氢中毒和气体爆炸事故的研究,利用HYSYS软件模拟管网运行条件下的各种临界参数条件,估计最大潜在物质量和最坏的后果。通过实例,利用Pasquill-Gifford模型计算最大可能的H2S浓度、利用等效TNT方法估计最坏的爆炸后果,进而得到死亡和破坏概率曲线,提出设计阶段基于本质安全的改进结论。结果表明:可早在高含硫天然气管道过程设计阶段就提出改进建议,使人员、财产和设备得到保护;中毒风险应通过快速关断阀门设置和划分应急区消减,通过管道和设备优化布局则可有效降低气体爆炸风险。     

含硫化氢天然气井井喷事故应急疏散技术研究

井喷事故后果严重,特别是当井喷物质中含有H2S等有毒气体时,会造成重大的人员伤亡和财产损失.为了研究含H2S天然气井喷事故后的安全疏散问题,建立了含H2S天然气井井喷事故模型,对含H2S天然气井喷事故进行数值模拟.模拟得到了含H2S天然气井喷事故中井喷气体的浓度场分布情况.以此为依据确定安全疏散时间和最小安全疏散半径的计算方法,并通过模拟算例验证了方法的可靠性.     

复杂山区地形高含硫气井安全防护距离研究

通过对国内某重大高含硫井喷事故进行调查,采用大涡模拟方法对3口井井喷气体扩散进行模拟,计算不同风速风向在事故中造成的灾难后果,得出地形因素对于灾难的影响。通过计算不同浓度下的扩散距离,提出分析及计算安全防护距离的方法。根据计算结果的综合分析可以看到,其浓度扩散的最远距离位于带状分布以内。     

流量分布系数对低压热释放速率测量的影响

热释放速率是反映火灾规模的重要参数,但高海拔低压地区可燃物燃烧的热释放速率测量一直未得到有效解决。为此,引入烟气管道流量分布系数,并对其进行低压修正,基于耗氧原理分析了低压条件下可燃物燃烧的热释放速率测量原理,提出了低压燃烧热释放速率的计算方法。在此基础上,设计并搭建了低压燃烧舱模拟高海拔低压环境,开展了不同静态低压条件下的正庚烷池火试验,并对烟气管道流量分布系数与不同的静态环境低压进行线性关系、指数关系等拟合,发现试验工况压力下的流量分布系数与响应的环境压力呈指数函数关系,且拟合度高达97.2%。采用指数函数关系并根据能量守恒对试验测量出的低压热释放速率进行修正,误差不超过5%,表明该方法可行。     

含硫天然气净化厂硫化氢泄漏分析及对策

以川东北某含硫天然气净化厂为对象,通过分析该净化厂的处理工艺及可能造成泄漏的各种原因,确定了硫化氢泄漏危险较高的生产单元。通过工艺压力、流量、物料组分的比对,选取了脱硫单元原料气和硫磺回收单元酸性气作为模拟泄漏物料。对该厂所在地的气象条件和厂区的地形地貌进行了调查,净化厂当地近5年风速、云量统计表明低风速和多云为主导天气,将D1.5m/s作为模拟硫化氢泄漏扩散的典型气象条件。采用了美国石油学会(API)推荐地面粗糙度长度。运用PHAST软件计算了在典型气象条件下通过3种不同孔径泄漏1 min,5min和30min,形成的立即危及生命或健康(IDLH)范围。在典型气象条件下IDLH的下风向边界距离在41m至1190m范围内,以硫磺回收单元的大孔径泄漏为最远。以小孔泄漏为例模拟并讨论了风速、大气稳定度对硫化氢扩散的影响。为降低H2S泄漏风险提出了在线监测及联锁系统设置的要求,对避免和减少硫化氢中毒伤亡事故具有指导意义。     

海洋平台井喷含硫天然气扩散危险区域研究

针对海洋酸性气田开采过程中含硫天然气井喷失控扩散问题,采用CFD方法建立井喷含硫天然气扩散后果预测与评估模型。综合考虑天然气爆燃与硫化氢毒害风险因素,对不同场景条件下的含硫天然气扩散过程开展数值模拟,研究硫化氢浓度、风向、风速等因素对含硫天然气扩散行为的影响,预测和评估天然气扩散所形成的危险区域和硫化氢气体扩散所形成的毒害范围。研究表明:随着硫化氢浓度的增加,燃爆区域无明显变化,而毒害区域明显增加;船艉来风导致的事故后果最为严重,左、右舷来风有利于危险气体的扩散与消散;风速越大,燃爆区域和毒害区域范围越小,但是在船艏来风且风速较大的工况下,硫化氢气体竖直扩散距离降低且逐渐贴近生活区,容易造成作业人员中毒事故的发生。     

突发有毒气体泄漏事故应急模型开发

针对突发有毒气体泄漏事故,基于环境毒理学、GIS以及运筹学等基本方法和研究成果,探讨应急模型的建模方法和开发过程。使用高斯烟羽模型预测泄漏气体的扩散;基于毒气负载和AEGL标准评估事故危害,并开发以建筑物吸引率为核心的影响居民估算方法;基于最小伤害准则计算最佳应急疏散路线,并使用Logit模型进行疏散暴露评估;以最短救援时间为目标构建医疗资源的配置模型。将应急模型应用于模拟的气体泄漏场景,结果表明,模型开发方法有效,应急模型具有实用性,能够为应急决策提供重要的参考。     

澜沧铅矿井下有毒有害气体测评与控制

通过对井下作业点空气中CO、SO2、H2S、NO2和CO2等有毒有害气体的测定,将测定结果与进行比较,发现澜沧铅矿井下部分作业地点空气中CO、NO2和CO2浓度超过规定标准.根据分析、评价的结果,结合该矿实际情况,提出了控制井下有毒有害气体、改善井下空气质量的通风排毒等技术措施,以及防止井下有毒有害气体中毒的管理和个体防护措施.通过实施这些措施,使澜沧铅矿井下有毒有害气体得到了有效控制,其浓度达到了规定的要求.     

基于动态毒性负荷的人员疏散安全评估方法

毒气泄漏事故在高含硫气田及化工园区频繁发生,一旦发生事故,周边公众迅速进行疏散是应急的首要任务。我国很多地区制定了疏散方案,但是如何评估疏散的安全性和可行性,是亟待解决的问题。分析了我国泄漏事故特点和周边居民情况,对以往评估方法缺陷进行了剖析,提出基于动态毒性负荷分析的安全疏散评估方法。该方法在毒气扩散的精确3d模拟及疏散模拟的基础上,用差分法对人员行走过程中的毒性负荷Pc进行的计算,最终得出相应的致死概率Pr,并通过一个实例验证该方法的可行性。结果表明,运用该方法能够详尽、准确规划疏散区域、搬迁区域和避难区域。     

气田井喷硫化氢风洞模拟试验研究

为研究高含硫气田发生井喷事故后硫化氢的扩散运动规律,以重庆开县"12·23"井喷事故为研究对象,利用北京大学的2号环境风洞,制作了1∶2000的比例模型,利用乙烯和丙烯的混合气为示踪气体,采用长采样管方法测量浓度,首次在国内进行了井喷事故后硫化氢扩散的风洞试验,获得了低风速下(源处10m高风速为0.5m/s)N,NE,E,SE,S,SW,W,NW8个风向情况下的硫化氢浓度分布随时间的演化动画,定量地给出了各风向情况下硫化氢的最大浓度分布和各点的浓度时间序列,认为在低风速下,最大硫化氢浓度区域在撞山爬坡时出现,而爬过山坡后在背风区的硫化氢浓度会迅速降低。研究成果将为气田的井喷风险分级以及井喷事故后的应急处理提供参考。     

A dynamic approach for evaluating the consequences of toxic gas dispersion in the chemical plants using CFD and evacuation modelling

Accidental releases of toxic gas in the chemical plants have caused significant harm to the exposed occupants. To evaluate the consequences of these accidents, a dynamic approach considering the gas dispersion and behavior evacuation modelling has been proposed in this paper. This approach is applied to a hypothetical scenario including an accidental chlorine release in a chemical plant. CFD technique is utilized to calculate the time-varying concentration filed and evacuation modelling is used to obtain the evacuation routes. The exposure concentrations in the evacuation routes are calculated by using the code of data query. The integrated concentration toxic load model and probit model are used to calculate the probability of mortality of each occupant by using the exposure concentrations. Based on this dynamic approach, a new concept of average probability of mortality (APM) has been proposed to quantify the consequences of different accidental scenarios. The results show that APM decreases when the required detection time decreases or emergency evacuation mode is implemented. The impact of the detection time on APM becomes small as the wind speed increases. The effect of emergency evacuation mode is more obvious when the release occurs in an outdoor space.     

CFD simulation study on gas dispersion for risk assessment: A case study of sour gas well blowout

Compared with general blowout, the process of sour gas well blowout is more complex. The exchange of gas state is affected by many factors, and the consequences of the accident are serious. It is difficult to find out the rule of gas dispersion and predict the distribution of toxic gas. Fluent code was used to model the sour gas dispersion in the atmosphere after well blowout. The “12.23” sour gas well blowout, which was happened in Kai County, Chongqing, Sichuan, China, was the research background. The blowout accident model was set up to simulate the real process. Models were built based on real topography. Wind speed and atmospheric stability of the day which the accident happened were set as the operation conditions, and the composition, injection rate, and temperature of the gas at the actual time were set as the boundary conditions of numerical simulation. The analysis of gas dispersion based on simulation results conducted from two aspects, height and dispersion time. A comparison of field data with simulation data demonstrated that CFD technology can be an effective aid to describe the process of sour gas dispersion and can also predict the tendency of gas dispersion and gas distribution. Furthermore, it can provide guidance on design emergency response zone (ERZ).