拱顶储罐气相层惰化过程数值模拟及工艺参数研究

针对油罐在检测、维修前须先将气相层可燃气体用氮气惰化到安全浓度,现场凭经验操作效率低且难以掌握氮气合理用量,容易造成氮气浪费或达不到安全浓度引发事故的问题,为确保惰化过程的安全经济,以常见拱顶储罐为例,首先利用改进后的公式法得出多组分可燃气体惰化效果评价指标;然后根据所得指标采用仿真对储罐气相层惰化过程进行数值模拟,并验证了仿真结果的正确性;最后采用仿真计算方法开展储罐气相层氮气惰化工艺参数的影响研究。研究结果表明:惰化效率与进口压力无关,只随进口流速变化,且大于1 m/s流速后,惰化效率已显著变化,此时可以增加进口管道数量,进一步提高惰化效率。理论研究结果可为现场实施提供参考和指导。     

镁粉爆炸特性和惰化抑爆的实验研究

采用20 L球形爆炸测试装置,考察了镁尘浓度、镁粉粒度、点火能量对镁粉爆炸过程热力学参数Pmax、动力学参数(dP/dt)max的影响;选取CaC03粉末作为惰化剂,考察惰化剂含量、情化剂粒度对镁粉爆炸抑制性能的影响,提出了预防镁粉爆炸、降低爆炸危害的本质化安全对策.结果表明,镁尘浓度、点火能量越高,爆炸危害越大;镁粉...     

浮顶油罐油气惰化防火防爆实验研究

对浮顶油罐的油气空间进行惰化,是一种新的油罐防火防爆方法。向浮顶油罐一、二次密封间的油气空间中加入氮气,可缩小浮顶油罐的一、二次密封之间环形空间油气的爆炸极限的范围。根据这一原理,通过模型实验对大型双重密封型浮顶油罐的油气空间进行了氮气惰化保护实验研究。实验结果表明油气空间内氮气的体积分数会随着氮气通入时间的增长而逐渐升高,油气的体积分数则逐渐降低。氮气通入开始一段时间,环形空间内氮气的体积分数会迅速上升,油气体积分数迅速下降。但随着氮气通入时间的增长,氮气体积分数的上升和油气体积分数的下降速度都会趋于平缓。另外当入口处氮气流量从27Nm3/h变化到54Nm3/h时,为使油气体积分数下降至油气爆炸下限1%所需氮气持续通入的时间也从300分钟左右下降至200分钟左右。     

载流雾化水惰化甲烷空气预混气体特性实验研究

设计了预混气体载流雾化水惰化和抑制燃烧管实验台,对层流火焰的燃烧速度、稳定性及拉伸变形规律进行实验研究,分析了雾化水抑制和熄灭层流预混火焰的过程和机理,获得了雾化水惰化爆炸极限内甲烷和空气预混气体的特性。研究结果表明:浓度为7%的甲烷和空气预混气体,最小惰化雾化水通量为20.8ml/(m2.min);对于浓度为9%的甲烷和空气预混气体,最小惰化雾化水通量为32.9ml/(m2.min);对于浓度为11%的甲烷和空气的预混气体,最小惰化雾化水通量为44.6ml/(m2.min)。研究成果为雾化水熄灭甲烷火焰和抑制甲烷爆炸具有一定的指导意义。     

R290制冷剂惰化燃爆特性实验研究

为了研究R290制冷剂惰化燃爆特性,采用带搅拌功能和氧浓度在线测定的20L球试验装置,对R290制冷剂进行了极限氧浓度测定。实验测定了丙烷在CO2和N2惰化气氛中的爆炸极限及极限空气浓度LAC,确定丙烷的极限氧浓度LOC;采用三元图爆炸区、丙烷-O2二维图爆炸区和ASTM标准分布图分析了混合气体爆炸区边界的燃爆特征,给出了极限氧浓度的确定方法和边界爆炸压力分布规律。实验结果表明:常温常压下R290的爆炸极限为2.1%～9.6%,CO2惰化气氛中的极限氧浓度为13.3%,对应的丙烷浓度为3.3%;N2惰化气氛中的极限氧浓度为10.8%,对应的丙烷浓度为2.7%。通过对比分析不同CO2和N2浓度下的爆炸区分布特征,表明CO2对丙烷的惰化效果要优于N2,以氮气和二氧化氮体积分数比为1∶2测试惰化气氛保护能力,惰化效果介于同浓度单种惰性气体之间。     

多元混合气体爆炸特性及惰化防爆研究

为了完善常见多元混合气体爆炸特性参数数据库,为安全工程师开展城镇燃气防爆管理、安全操作规程的制定及对废弃管道进行改造、拆除提供依据,采用理论和试验方法对CO2与N2两种惰性气体对液化石油气(LPG)爆炸特性参数的影响规律进行了研究,对比分析了两种惰化剂对LPG的抑爆效果。结果表明:LPG体积分数为4.0%、CO2体积分数为22%时,LPG可燃气退出爆炸区间,此时极限氧体积分数为15.54%;LPG体积分数为3.5%、N2体积分数为32%时,LPG可燃气退出爆炸区间,此时极限氧体积分数为13.545%;两种惰化剂对LPG爆炸特性的抑制规律基本相似,但CO2的抑制效果明显优于N2。当CO2和N2充入的体积分数均为20%时,最大爆炸压力到达时间分别由166 ms延长到1 222 ms和826.30 ms;两种惰化剂用量在体积分数大于10%之前,对最大爆炸压力到达时间的影响均较小,因此在工程应用中采用惰化方式抑爆,惰化剂充入的体积分数需高于10%。     

不同进气方式对某民机中央翼油箱惰化性能的影响

以某运输机中央翼油箱为研究对象,设计了两种惰化气体进气口布置方式,并对燃油箱惰化流场进行了数值模拟,得到了两种不同模型惰化流场氧体积分数的空间分布和平均氧体积分数随时间和体积置换次数的变化规律。通过对计算结果的对比分析,研究了不同进气口布置方式对燃油箱惰化时间和氧体积分数分布的影响,同时得到了不同的进气口布置方式对机载制氮系统设计任务的影响规律。     

易燃性物料储罐压力惰化过程设计与计算

介绍了可燃气体和易燃液体储罐的压力惰化操作过程及过程中气体组成的变化规律,讨论了惰化操作结束时氧气的控制目标浓度及极限氧气浓度的求取方法,推导出了预测压力惰化过程循环次数的计算公式,并在控制目标浓度从0．0001％-10％、充气压力300—600kPa的参数条件下,100m^3储罐压力惰化所需的循环次数,根据理想气体状态方程,推导了惰化所需氮气用量的计算公式,并计算出在不同操作压力和不同循环次数时的氮气用量。该方法可用于惰化处理过程的设计与计算。     

基于惰化降温耦合作用的采空区低温CO2注入位置研究

为了更好的使用低温CO2预防采空区煤自燃事故,利用FLUENT数值模拟的方法,结合宣东二号煤矿Ⅲ3煤层209工作面的实际条件,构建了考虑采空区不同压实程度的低温CO2注入采空区惰化降温耦合作用数值计算模型;分别研究了CO2注入量为540m3/h和720m3/h时,不同注入位置对采空区氧化带内最高温度点和氧化带宽度变化的影响。研究表明,合理的低温CO2注入位置为距工作面支架尾梁20～30m。     

三元组分图在储罐退役惰性化过程设计中的应用

储罐退役之前,一般要进行惰化处理,以降低可燃气体浓度,避免形成爆炸性混合气体。根据三元组分图,可以方便、直观地设计惰化施工的方案,包括惰化操作的程序设计和危险气体控制目标浓度的确定。本文从理论上研究了在储罐退役惰性化过程设计时,如何用三元组分图表示爆炸极限、最小含氧浓度以及在储罐稀释惰性化过程中气体组成的变化轨迹。提出了两套惰化设计方案,在分析比较的基础上,确定了储罐退役惰化时的最安全实施方案。     

Explosion prevention and weighting analysis on the inerting effect of methane via grey entropy model

Explosion prevention is vital for process safety and daily life. In practice, inerting is viewed as an ideal method to reach basic explosion prevention as well as to diminish flammability risk in normal operation, storage, and transportation of materials. This study deals with the inerting effect on the explosion range for methane via grey entropy model, comparatively detected under the different inert gases of nitrogen (N₂), argon (Ar), and carbon dioxide (CO₂), which have various loading inerting concentrations: 10 (90 vol% air), 20 (80 vol% air) and 25 vol% (75 vol% air). The inert influences were determined via the experimental 20-L-apparatus investigations under 1 atm, 30 ^OC, combined with the grey entropy model, which is one of the most prevailingly used grey system theories for weighting analysis and decision-making of the fire and explosion assessment for practical operations. The results indicated that CO₂ had better inerting capacity than the others, as derived from our grey entropy theoretical soft computing calculations. Through the combination of the grey entropy weighting analysis model and the flammability investigations in this study, the concluded decision-making was feasible and useful for the practical applications of inert gases for preventing fire and explosion hazards in relevant processes.     

基于CFD的大型储油罐区池火灾数值模拟*

为研究大型储油罐区池火灾温度、热辐射强度、流速、组分等燃烧特性参数在油罐外不同区域的变化规律,以10万m3原油储罐区为研究对象,构建罐区池火灾燃烧数学模型,运用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）技术进行数值模拟研究。结果表明:整个火场温度大致呈锥形分布,火焰温度最高可达1 500 K,纵向来看,底部温度较高,上部温度逐渐降低,径向来看,中心温度较高,周围温度逐渐降低;随着距罐壁以及距罐顶距离的不断增加,热辐射强度均呈现逐渐降低的趋势,最高热辐射强度为132 kW/m2;罐顶上方区域存在火焰卷吸现象,中心位置流速最大,最高可达56 m/s,罐底区域存在火焰贴壁现象;得到燃烧产物（CO和CO2）的体积分数分布,以CO体积分数为0.001作为判断依据,推断出火焰高度为120 m。研究结果可为今后此类火灾事故的防治提供理论支撑。     

火灾环境中油罐罐壁冷却优化部署研究

对油罐火灾中着火罐罐壁和邻近罐罐壁的温度分布进行了科学分析,并进行了罐壁冷却实验研究,研究不同油罐罐壁材质对冷却效果的的影响,以及有热源作用和无热源作用罐壁在不同流量冷却水作用下的温度变化规律。结果表明,不同罐壁材质对冷却效果的影响不大,在实际火灾中可忽略罐壁材质的影响;流量越大,冷却速度越快,但达到火灾冷却要求时,不同大小流量冷却水的冷却效果差异并是很大,合适的供水强度是油罐高效冷却的前提。对油罐火灾冷却力量的部署提出了优化原则,为防灭火工作提供了一定的科学依据。     

油罐清洗作业火灾预防措施

油罐清洗是石油化工行业一项基本的业务活动.目前大型原油储罐、成品油储罐正在逐步推广应用自动机械清洗系统进行清罐作业,而对于容量小、沉积物较少的油罐国内仍然采用人工清洗方式进行.本文分析了油罐人工清洗作业过程中容易引发火灾的原因的基础上,从严格执行规章制度、处理好清洗废物,控制和消除引火源等几方面相应提出了预防火灾措施.     

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.     

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...     

油罐中油气爆炸规律研究

建立了油料储罐油气爆炸模拟实验系统,并在模拟实验的基础上,分析了不同因素对爆炸压力的影响及爆炸产物的分布规律.结果表明,油气浓度、罐内初始温度等对油罐油气混合物爆炸过程有重要影响,且存在临界油气浓度(2.5%)及临界初始温度(306 K),在临界值下,油气爆炸最为剧烈.当油气浓度小于临界浓度时,爆炸产物中CO2浓度高于CO浓度,而大于临界浓度时,爆炸产物中CO2浓度小于CO浓度.本研究可为油料储罐油气爆炸灾害事故的防治及安全规程的制定提供参考.