障碍物对天然气喷射火影响的数值模拟研究

为研究障碍物控制天然气喷射火对周围设施危害的有效性,基于流体力学基本原理与湍流模型,采用FDS模拟软件,分别研究高度为10 m的障碍物宽度和障碍物与泄漏孔间距对喷射火的影响。研究得出:障碍物对喷射火阻挡效果明显,减缓了火焰在速度方向的传播;障碍物越宽,控制火焰向前传播的效果越好,障碍物后方受火焰高温和热辐射危害越小,但随着宽度的增加,后方温度和热辐射下降率减小,障碍物宽3 m时,对火焰控制效果最好;随着障碍物与泄漏孔间距增加,障碍物后方热辐射先增加后减小,间距为5 m时,障碍物对火焰的控制效果最好,此时喷射火下游受保护的区域最宽。研究结果可为储气罐发生泄漏火灾事故处置及应急设施设计提供参考。     

天然气管道泄漏喷射火燃烧特性研究

针对天然气管道泄漏发生喷射火事故,采用动态火灾软件FDS进行天然气管道泄漏喷射火数值仿真,结合固体火焰模型分析了火焰几何特性、温度与热辐射空间分布等关键参数,依据温度与热辐射伤害准则确定了危险区域范围;并对比不同风速和泄漏孔径下火灾事故的危险范围,研究风速和泄漏孔径对火灾事故的影响程度。结果表明:热辐射是火灾后果的主导因素,25.4 mm泄漏孔径喷射火灾充分燃烧时,其火焰最高温度为1 200℃,喷射口25 m以内为危险区域,随风速增大,温度伤害范围略有增大,热辐射伤害范围显著增大;泄漏孔径变化对喷射火事故后果的影响与风速变化的影响相同,但泄漏孔径对事故后果的影响更为显著,泄漏孔径从6.35 mm增大至25.4 mm和101.6 mm,人员温度伤害半径分别增大2.71倍和10.42倍。最后,结合仿真结果,提出了具有针对性的喷射火应急防控措施。     

矩形泄漏孔水平喷射火热辐射研究

为研究矩形泄漏孔水平喷射火的热辐射分布,首先采用火灾动态模拟软件(FDS)模拟具有相同面积的正方形和长方形泄漏孔下13种不同泄漏速度的喷射火,监测喷射火的热辐射数据和伤害半径;然后运用Thornton模型计算热辐射值和伤害半径,添加矩形泄漏孔长宽比因子至模型中,根据模拟结果修正Thornton模型。研究得出:热辐射的Thornton模型预测值和模拟值变化趋势一致,但Thornton模型预测值更大;修正后的Thornton模型可用于预测矩形泄漏孔喷射火孔口近区域的热辐射值;伤害半径与泄漏速度成指数关系,伤害半径的Thornton模型预测结果和模拟结果吻合得较好。     

基于FLACS CFD的不同气油比油气混输管道泄漏火灾后果对比

不同气油比的油气混输管道泄漏后果危害形式和风险差异的准确判断对于管道泄漏应急处置至关重要。以中国西部某油田集输管道为研究对象,针对不同气油比管道泄漏的火灾危害进行了对比分析,构建了FLACS CFD模型,并研究了油气混输管道原油泄漏形成池火的火灾特征和影响范围,以及天然气泄漏形成喷射火的高温分布和影响规律。研究结果表明:应急处置应考虑不同气油比下池火与喷射火危害的差异。在油气混输管线泄漏10 min形成稳定火焰的场景中,气油比低于100 m3/t时,原油池火为火灾危险的主要影响因素;气油比高于200 m3/t时,天然气喷射火为主要影响因素;气油比超过250 m3/t,高温覆盖距离不再明显增加;40 m为此场景下混输油气泄漏喷射火致死距离上限,120 m为温度影响上限。     

障碍物对甲烷水平喷射火燃烧特性的影响

为了对比不同障碍物对甲烷水平喷射火几何特征和燃烧特性的影响,分别采用高度为120,180和240 mm的障碍物进行室内实验,分析了在3种不同流量工况下火焰的轴向温度及热辐射的分布规律。研究结果表明:障碍物能有效阻挡火焰在水平方向的传播;在相同流量下障碍物越高,对控制火焰传播的效果越好;当障碍高度h=240 mm时,火焰几何尺寸下降最大,障碍物后方的温度和热辐射分别下降了88.5%和64.1%;随着障碍物与泄漏孔间距的增加,障碍物前后两侧温差逐渐减小,对火焰传播控制效果减弱,因此障碍物布置在持续燃烧区域之前对火焰的控制效果最好。研究结果可为管道和储罐发生泄漏事故的应急处置和防护设施的设计提供参考。     

基于微积分的LPG和CNG喷射火模型建立和三维数值模拟

由液体和气体泄漏引发的喷射火灾事故屡见不鲜,而现有的喷射火模型却有诸多缺陷。将喷射火形状近似为圆锥,鉴于液体和气体的泄漏速度随压强和温度均有变化、点源离地面会有一定高度、风速对火焰倾角也有影响、圆锥喷射中心线上每个点源对目标的热辐射均不同等实际情况,新建液体和气体扩展半径的计算方法,引入风速对火焰高度和火焰偏角的作用,比较AGA法和Thornton模型,发现AGA法更加符合实际,再利用微积分原理建立三维点源喷射火模型,展示火焰形状对目标的影响,从而得出热辐射的最终危险性。最后以LPG和CNG储罐喷射火事故为例进行对比验证,首次模拟出喷射火的形状,更清晰准确地展示了目标入射热辐射通量随目标点位置的变化和危险范围,可为火焰阵面处的消防安全决策提供参考。     

基于FDS的天然气集气站分离器喷射火特性仿真研究

天然气集气站火灾事故对集气站安全生产构成严重威胁,研究集气站内关键设备泄漏引发的火灾特性具有重要意义.基于大涡模拟(Large Eddy Simulation)数值方法,针对分离器内介质成分、相态等参数特殊性,采用火灾动力学模拟软件FDS建立集气站卧式气液分离器喷射火模型,对分离器典型泄漏孔径下的喷射火进行数值仿真,研究其火焰几何特性、火场温度及热辐射特性.结果表明,随分离器泄漏孔径的增大,喷射火火焰长度及火焰最大宽度也相应增大.大、小两泄漏孔径的喷射火在充分燃烧区域火焰最高温度分别为1 525 ℃和1 065 ℃.大孔径泄漏的喷射火热辐射值明显高于小孔径,并由于湍流浓度脉动的作用导致热辐射值波动较大,喷射火火焰轴向对称面与相距1.5 m的侧平面上测点热辐射峰值之比与泄漏孔径成正比.根据模拟结果,定量分析了两泄漏孔径下喷射火的危险距离,并提出相应的事故控制措施.     

基于Fluent的城镇中低压燃气管线喷射火事故的后果研究

为了对城镇中低压燃气管线喷射火事故进行有效的风险评估,根据典型事故案例创建了城镇路面埋地燃气管线泄漏场景,建立模型并划分网格,使用Fluent进行模拟计算,得到了不同泄漏口孔径、不同泄漏口形状、不同管内压力等工况下喷射火的火焰长度、火焰中心面温度分布和临近区域内的热流密度,并通过分析不同工况下的火焰形态和热辐射分布,探讨初始条件对事故后果的影响程度。结果表明:此类型喷射火长度可达数十米,火焰最高温度为2 000 K左右,最高温度位置的高度不超过火焰长度的30%;下风向的热流密度较其他方向更强;在50 mm的泄漏口孔径和0.38 MPa的管内压力下,泄漏口为梭子形,较泄漏口为圆形时的热流密度在下风向整体大15.2%。最后,根据模拟结果构建了快速风险评估模型。     

基于后果的氢气管道泄漏典型事故风险分析

根据高斯羽流、固体火焰模型及TNT当量法,得到针对氢气的扩散、热辐射与超压的后果模型。以我国某氢气管道为例,计算求解后果模型,分析了不同泄漏孔径、不同泄漏喷射角度的氢气管道泄漏典型事故后果,并揭示氢气泄漏扩散、喷射火与爆炸演化原因。量化了氢气管道泄漏的潜在影响半径,发现氢气管道风险大于天然气管道,为氢气管道早期设计与安全运行提供了理论支撑。     

管道压力对天然气射流火热辐射灾害的影响

天然气管道时常受到破坏,并诱发巨大的射流火焰,可能引燃周围建构物体。系统地分析了管道压力对天然气射流火热辐射灾害的影响,以建立天然气射流火热辐射灾害的系统定量分析方法。基于压力管道小孔泄漏模型和权重-多点源热辐射计算模型,建立了目标物体最大入射热辐射通量、管道压力和目标物与泄漏小孔水平距离的定量关系式。进而选定10 k W/m~2和31.5 k W/m~2作为城镇建筑物遭受引燃和机械破坏的热辐射通量阈值,得到了不同管道压力下天然气射流火热辐射灾害范围。计算结果表明,GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》依据管道压力所规定的燃气管道与建筑物的安全间距不能完全满足天然气管道破坏时射流火焰的安全要求,与某武汉天然气管道射流火事故后果一致。     

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。     

气体喷射火灾下热辐射研究

为减少火灾的热辐射伤害和制定合理的作战、疏散方案,借鉴国内外泄漏模型和热辐射模型,考虑到火灾中火焰高度因素,建立压力泄漏-火焰高度-热辐射计算模型,编制了计算程序。对点源辐射模型进行改进,增加火焰宽度的影响,改善了单点源模型的精度,且试验验证了模型的精确性。结果表明:改进的多点源模型比单点源模型能更真实地反映火灾热辐射情况,误差在5%左右。编制的计算机程序,可以实现气体喷射火灾热辐射分布的快速计算。     

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。     

ALOHA在突发性大气污染事故中的应用

以天津市某化工厂液氨罐泄漏为背景,在氨泄漏后果分析的基础上,用ALOHA(有害大气区域定位)模拟软件对事故影响范围进行模拟,得到可能事故场景下的氨气扩散区域、闪火可燃区域和蒸气云爆炸超压影响区域,以及射火和BLEVE火球热辐射影响.结果表明,液氨爆炸和火灾事故中BLEVE事故造成的危害范围最大,其次是蒸气云、闪火,最后是射火.液氨泄漏扩散事故影响范围可达几千米,应针对不同伤害区域采取不同方式和不同程度的救援措施.     

化工园区储罐火灾热辐射模型仿真研究

为寻找储罐池火灾救援中的最佳灭火位置,选择最优化的应急演练方案,通过Mudan模型,分析池火灾燃烧特性,计算大型池火灾不同条件下的热辐射范围和强度;以某化工园区的真实储罐数据建立三维仿真模型,完成池火灾燃烧过程中动态热辐射演化三维仿真效果。结果表明：在有风条件下,火焰会朝下风向偏移,火灾热辐射危害范围也会受到风力影响,对于上风向区域,火灾热辐射危害范围受到风力影响减小;对于下风向区域,火灾热辐射危害范围受到风力影响增大。     

含硫化氢天然气井井喷事故后果的影响因素分析

利用PHAST软件定量计算了某含硫化氢天然气井井喷后甲烷及硫化氢的扩散范围,以及发生喷射火和闪火的危害范围,分析了风速、井喷压力等因素对事故后果的影响规律。结果表明:高风速会缩小硫化氢毒性的危害范围,并减小甲烷闪火范围,但是喷射火的热辐射伤害范围增大。随着井口压力的增大,硫化氢ERPG-2浓度的下风向距离、喷射火热辐射强度危害范围和闪火范围都呈线性增长。     

水下气体泄漏海面火灾后果预测及评估

为评估水下气体泄漏在海面形成的火灾后果,针对某海洋钻井平台上风向浅层气井喷导致的火灾场景,构建水下泄漏海面气体火灾后果预测与评估模型;模拟分析风载荷作用下的海面气体火灾演化过程,预测火灾高温和热辐射通量的时空分布特征;评估海面气体火灾对临近下风向海洋钻井平台钢结构及作业人员安全的影响。结果表明:海面气体火灾在风载荷作用下约40 s达到稳态,稳态火焰几乎覆盖整个海洋钻井平台上部,最大火焰高度约96 m;整个海洋平台都会受到火灾高温和热辐射的影响,火灾影响区域的最高温度达到1 500℃,热辐射通量为539 kW/m~2;持续的高温和热辐射作用会使平台钢结构发生断裂或坍塌,造成作业人员严重伤亡。     

天然气净化厂内设备设施失效后果定量评价

天然气作为清洁能源,属于易燃易爆介质,突发状况下可能造成严重事故后果。天然气净化场站多分布在城市周边区域,但场站内设备布置比较拥挤,某台设备设施发生失效,可能会对设备本体及邻近设备造成影响,形成财产损失,更严重的情形会造成人员伤亡。本文通过事故后果分析工具SAFETI模拟酸气后冷器在2种风速下,水平方向发生3种不同孔径泄漏时,天然气遇到明火,发生喷射火和爆炸的场景。根据模拟结果,当泄漏介质总量较大时,风速越大,失效后果越严重,因为容器体积小,发生完全泄漏的时间较短,因此风速对其事故后果影响较小;在风速相同的情况下,事故后果影响范围也随着泄漏孔直径的增大而增大。由此可见,最严重的事故后果会发生在风速较大时水平方向的较大孔径泄漏。根据喷射火热辐射和爆炸超压的影响范围,可为后续场站设备安全运行管理提供决策依据。     

深埋管道中泄漏孔对燃气泄漏影响的数值模拟*

为研究泄漏孔的各种因素对深埋土体中燃气管道泄漏的具体影响,采用1个包含燃气管道的三维模型,研究单个泄漏孔的大小、位置、形状对于埋地燃气管道泄漏的影响,并建立大小相等的双泄漏孔的燃气管道,确定双泄漏孔间距对于燃气泄漏扩散的影响。结果表明:泄漏孔越大,燃气在土壤中的扩散速度越快,且泄漏孔的大小对深埋燃气管道泄漏的影响最大;泄漏孔位置的影响次之,顶部与侧壁的泄漏孔扩散速度相差无几,底部泄漏孔的扩散速度远低于前2者;双泄漏孔间距的影响较小,双泄漏孔的距离越小,甲烷的扩散速度越快;泄漏孔形状对于深埋燃气管道泄漏扩散的影响非常小。     

有毒气体在不同泄漏模式下的事故后果分析

为研究氯化氢气体在不同泄漏模式下泄漏扩散的影响范围,基于DEGADIS重气模型,使用ALOHA软件对罐体泄漏和管道泄漏进行了模拟研究.对于罐体泄漏的小孔连续泄漏、大孔有限时间泄漏、瞬时泄漏3种模式,在相同泄漏量和同等气象条件下,氯化氢体积分数随距泄漏源距离的增加而降低,但瞬时泄漏的影响范围最大,且扩散速度最快.对于管道泄漏的无限源和有限源泄漏模式,前者的影响范围高于后者,但与泄漏量不成正比例增加.通过比较可知,罐体的瞬时泄漏和管道的无限源泄漏模式具有较大的危害区域.