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。     

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。     

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。     

复杂地形对含硫气井应急计划区划分的影响

研究复杂地形对含硫气井应急计划区(EPZ)划分的影响,为高风险油气田的安全生产提供参考。根据含硫气井井口与周边地形的关系,将复杂地形分为3类;选择不同类型复杂地形的3口含硫气井,采用大涡模拟方法模拟不同H2S释放速率、不同风速和风向、不同井喷点火时间的组合条件下H2S大气扩散质量浓度场,积分计算各井H2S毒性负荷的时空分布。在此基础上,研究EPZ半径与H2S释放速率之间的关系,然后建立以H2S释放速率为指标的不同类型复杂地形含硫气井EPZ的划分方法。结果表明第一类模型计算结果明显大于第二类和第三类模型,第三类模型的计算结果最小,此差异随着H2S释放速率增大而愈显著。计算结果合理,方法适用且可行。     

LNG储罐泄漏危险性计算及影响因素分析

针对LNG储罐泄漏气体扩散模拟分析过程中存在计算和分析过程复杂的问题,选取适当的气体扩散模型,对危险气体的扩散进行模拟和分析,绘制蒸汽扩散UFL(爆炸上限)、LFL(爆炸下限)、1/2LFL浓度等值线图,实现蒸汽扩散伤害分区的准确划分,提高了计算速率和精确度。并利用程序模拟分析了风速、地表粗糙度、泄漏速率等因素对LNG泄漏气体扩散影响。研究结果表明,当风速方向和泄漏源泄漏方向相同时,蒸汽扩散距离和危害范围随风速增大呈减小趋势;蒸汽在下风向扩散距离随着地表粗糙度的增大而减小;扩散距离和危害范围随泄漏速率的增大而增大。     

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。     

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。     

含硫输气管道泄漏扩散多气团叠加计算模型

为研究含硫气输送管道全管径断裂后的失效影响,提出管道泄漏后硫化氢扩散浓度的计算方法。将管道泄漏过程等效为多个瞬时泄漏气团等时间间隔的连续释放,考虑管道压力变化、风速对泄漏气团的质量、喷射高度的影响,基于高斯烟团模型,对泄漏气团扩散过程中变化的气体浓度进行叠加计算,建立任意时刻沿下风向硫化氢体积分数分布的计算方法。根据输气管道泄漏扩散规律,确定大气扩散参数、各气团质量和喷射高度等基本参数,并以含硫体积分数为10%的输气管进行实例计算。结果表明:地面空气中的硫化氢体积分数在管道泄漏后沿下风向先增大后减小,影响范围不断向下风向延伸;且管径、压力越大,硫化氢在地面的影响范围越广。     

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。     

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。     

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。     

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...     

液化和压缩气体半球形扩散模型集的构建和应用

国内外液化和压缩气体的泄漏爆炸事故屡见不鲜,针对其性质和短时间近地面扩散的特点,总结、修正和扩展了瞬时泄漏下的平均半球形扩散模型。对于连续泄漏,利用数学积分理论建立了静风下的半球形扩散模型。接着对有风时的情况进行建模推导,将风速和气体自身扩散速度进行矢量合成,得到了半椭球形扩散和半椭圆锥与1/4椭球体组合扩散下气体的质量浓度和质量浓度变化趋势。最后用实例验证了该模型的先进性。该模型集能较好地反映液化和压缩气体泄漏后不同泄漏情况、时间、近地面区域和风速下的扩散浓度空间分布及其动态变化过程,为事故后果预估和应急救援决策提供参考。     

高压天然气非恒定速率泄漏扩散数值模拟研究

为保障天然气工业安全生产与运营,以某天然气储配厂为例,采用等效喷嘴和过程模型,利用FLACS软件对罐区高压天然气非恒定速率泄漏扩散进行数值模拟,考察环境风速及泄漏时间对气体泄漏扩散的影响.结果表明:储存压力为1.05 MPa的天然气储罐发生泄漏会产生欠膨胀射流,泄漏初期具有447.44 kJ的高动能,并在近场扩散起主导...     

A preliminary explore to the forced ventilation on the toxic gas release/dispersion and the hazard mitigation within a petrochemical plant

More than thirty-five years ago, the Bhopal disaster shook the whole world and investigators found out that many people survived just because they turned on the fans in their bedrooms. It was postulated that the forced ventilation played an important role in diluting the toxic gas and saved these people. In order to provide evidence to solve this old mystery, this research employed FLACS software to assess the hazardous degree of a toxic gas (hydrogen sulfide) leakage within a petrochemical process. Series of gas dispersion simulations were performed to actualize the hazardous characteristics and the corresponding risks of the release accident. The study shows that the hazardous level and the hazard range can be greatly influenced when parameters, such as the gas leakage circumstances (atmospheric conditions and wind speed) and the mitigation measures (direction of fans and their speed) are altered.By using explosion-proof fans in different positions and ventilation directions, combined with the natural wind in a certain direction, this research attempts to detect the best combination from various mitigation designs and to compare the influence of fan directions on hazard mitigation. It is also the first time of its kind to simulate the effect of forced ventilation on hazard mitigation within a process plant. The results show that the hazardous level of a toxic release can be effectively alleviated, when the direction of the mechanical ventilation is against the natural wind direction. With the help of the CFD simulation and the quantitative risk analysis technique, different loss prevention strategies can be tested via this method in order to establish a safer working environment.