内浮顶罐中油气扩散运移的数值模拟

内浮顶罐浮盘上气体空间的油气扩散运移规律对其安全隐患控制及损耗评估具有重要意义。基于单相扩散传质模型和RNGκ-ε湍流模型,采用UDF建立油气扩散模型,考察分析了通气孔分别位于罐壁和罐顶时罐内的油气扩散机理。结果表明:小型内浮顶罐的试验数据与模拟结果吻合良好;通气孔在不同位置时,气流对罐内油气的扰动规律不同,罐壁通气孔的开设使内浮顶油罐存在更大的安全隐患;外界风速引起的罐内泄漏点油品的有效扩散系数远大于无风时油品的分子扩散传质系数,建议API油气损耗评估公式考虑风速的影响。     

10万m~3外浮顶罐低液位时罐内油气爆炸研究

以计算流体力学软件FLACS为工具,研究了10万m3外浮顶储油罐在处于低液位发生沉顶事故后,油面挥发生成的油气爆炸后在罐区产生的超压、高温及火焰发展状况。研究证明,罐内油气首次爆炸产生的高温并不能对其他罐体造成显著的破坏,但是对罐周平台温度影响较大;由于大型储罐特殊的高径比,爆炸产生的超压较小,不足以形成破坏;首次爆炸产生的火球广度基本在事故罐体直径范围以内,不能对罐外其他罐体形成直接接触。罐区火灾爆炸破坏的主要原因应为多米诺效应产生的池火、泄漏所产生的流淌火、浓烟等次生灾害。     

外浮顶罐充氮管网设计及有效性试验验证

为了预防外浮顶罐密封圈雷击火灾,提出在密封圈内充入氮气的保护方法.将安全含氧量作为充氮的惰化目标,对外浮顶罐充氮管网进行设计,并通过试验来验证充氮管网的有效性.试验得到了充氮流量、进出气孔数量及管径与有效充氮时间的关系.若以142 m3/h的流量对容量为10×104 m3的外浮顶罐密封圈内充氮,则46.5 min内可以达到充氮惰化目标.雷电预警时间为60 ～ 90 min的条件下,充氮时间小于预警时间,表明所设计的管网是有效的.     

浮顶油罐密封圈油气分布数值模拟

浮顶油罐一二次密封空间内的油气在雷击作用下可导致起火事故。为研究浮顶油罐一二次密封空间内的油气浓度影响因素,利用CFD方法进行了数值模拟,并建立了浮顶油罐实验模型,检测一二次密封空间内不同位置处的油气体积分数,两者表征的油气浓度情况较吻合;借助该模拟方法进一步分析温度、风速和二次密封泄漏面积对浮顶油罐一二次密封空间内的油气浓度的影响,研究结果表明:①二次密封泄漏面积增加,密封空间内的油气浓度降低。②温度上升,一二次密封空间的油气浓度升高;当风速较高时,温度对油气浓度变化趋势的影响也更大。③风速增加时,空间内的油气分布差异变大,油气浓度最大值变大。     

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。     

外浮顶油罐雷击起火概率计

大型外浮顶储罐多次发生雷击起火事故,因此对其安全性做出客观评价,计算雷击起火概率现实意义重大。通过分析雷电对外浮顶油罐的危害方式,利用蒙特卡洛方法结合电气几何模型计算外浮顶油罐年雷击率。分析采用导静电线和可伸缩接地装置（RGA）的防护效果差别。最后计算安装可伸缩接地装置后油罐遭受雷击产生火花放电的年事故率。计算结果表明:年雷击率随着油罐直径和罐壁高度的增大而增加;采用可伸缩接地装置的防护效果明显优于传统导静电线;安装多个可伸缩接地装置可以明显降低产生火花的概率和年事故率。两个RGA就可以将油罐遭受雷击产生火花放电的年事故率降至10-5以下。     

不同气源压缩气体泡沫灭浮顶罐密封圈火灾性能比较

为评估不同气源压缩气体泡沫扑救浮顶罐密封圈火灾的有效性,通过足尺灭火试验,研究不同工况下压缩气体泡沫对浮顶罐密封圈火灾的灭火性能以及气源类型、挡雨板遮挡对灭火的影响。结果表明:在泡沫溶液供给强度为5 L/（min·m2）条件下,压缩氮气泡沫和压缩空气泡沫均可快速有效扑灭典型浮顶罐密封圈火灾,且灭火后不发生复燃;密封圈挡雨板对泡沫施加和灭火均有较大影响,不利于快速灭火;无论是否设置挡雨板,压缩氮气泡沫的灭火性能均比压缩空气泡沫略有提升,实际工程中有氮气源的场所建议直接采用已有供氮设备作为气源。研究结果对压缩气体泡沫系统工程设计以及在大型浮顶罐工程中的应用具有重要意义。     

浮顶油罐密封圈防爆机理研究

浮顶油罐一二次密封区间内的油气进入大气后不仅浪费资源,而且污染环境,倘若油罐遭遇雷击,可能会引起爆燃。通过数学建模对油气在密封空间内的分布进行了分析,得出简易公式;同时在实验室建立了浮顶罐模型,对密封空间内的油气进行检测,两者结果类似。在理论的基础上,提出一种新型的浮顶油罐密封圈防爆方式,与传统方式相比,既安全环保,又可带来一定的经济效益。     

基于气压监测的外浮顶储罐火灾报警系统研究

目前,外浮顶储罐的火灾报警系统是采用光纤光栅火灾报警系统。但是,考虑到光纤光栅火灾报警运行费用高和存在报警盲目的缺点,研制了基于气压监测的外浮顶储罐火灾报警系统。针对不同型号的感温探头,开展了火灾报警系统火灾报警响应时间和报警温度实验,分析了火焰距离、热熔管管径以及管壁厚度与对火灾报警响应时间和报警温度的影响。实验结果表明:随着火焰距离的增大,报警响应时间增长;相同火焰距离条件下,随着感温热熔管直径的增大,报警响应时间增长,报警温度升高。Φ6热熔管的火灾报警温度为116.8℃,Φ8热熔管的火灾报警温度为129.1℃,Φ10热熔管的火灾报警温度为156.7℃。     

浮顶储罐二次密封油气空间放电分析

为避免浮顶储罐在遭受雷击时由于导电片设施在二次密封油气空间中放电引起密封圈火灾,在实验室建立了2 m直径油罐模型,开展导电片火花放电起始电流试验、导电片与罐壁形成空气间隙击穿放电初始电压试验,系统研究导电片在二次密封油气空间中的放电危险性。试验结果表明:导电片靠自身弹性与罐壁贴合时,雷电流大约在400 A时导电片开始产生点燃性火花放电;如导电片与罐壁贴合不良形成空气间隙,雷击情况下雷电流泄放瞬时浮顶与罐壁之间的电位差足以使一定大小的间隙击穿放电,当间隙大小为20~30 mm时,放电电压为26~40 kV。因此,储罐在遭受雷击时,导电片火花放电现象不可避免。结合储罐的实际运行情况,提出取消二次密封导电片、液下刮蜡器与浮顶进行可靠电气连接的改进措施,避免导电片在二次密封油气空间中放电发生,大大降低浮顶储罐雷击火灾事故。     

浮顶储油罐雷电防护安全监控预警系统的开发与应用

通过浮顶罐雷击火灾致因分析,克服已有技术的不足,提出了一种浮顶罐防雷安全监控预警系统,可实现浮顶罐浮盘可靠接地、接地阻抗实时监测、预警报警和远程监控等功能,为保障外浮顶储罐的防雷防静电接地安全提供有效解决方法。系统的应用取得了良好的使用效果。     

油气管道风险分析的质量评价研究

从风险分析的不确定性入手,建立了管道风险分析的质量评价观点.基于油气管道风险分析的实施步骤,提出用检查表法对风险分析的完整过程进行质量评价,利用风险评价员的一致性和有效性指标对其评价结果进行质量优劣评定.鉴于油气管道风险分析中普遍采用评分指标法对事故发生概率进行估计,依据采取这种行为所要承担损失风险的大小程度,提出用风险函数法对这种半定量评价法的合理性进行质量评价.实例应用分析表明,本文提出的质量评价方法不仅可以辨识风险分析过程中的人因缺陷,而且可对油气管道风险分析结果的质量进行量化评价,有利于提高人们对风险分析结果的认同度.     

外浮顶油罐雷击路径打火与防护技术研究

近年来,大型外浮顶油罐屡遭雷击,发生油罐着火事故。从发生着火油罐看,这些油罐均按标准规范采取了油罐接地、浮盘安装接地连线、二次密封板安装了导电片等防雷措施,但仍出现了雷击油罐着火事故。从2009年开始建立大型外浮顶油罐雷电实验装置,并开展了实验研究。根据研究成果,论述了两个方面内容,一是阐述了大型外浮顶油罐遭雷击时的电流路线,电流在运动路径中产生的放电打火现象;二是阐述外浮顶油罐分路与分流技术,消除外浮顶油罐浮盘一二次密封闪络打火现象,避免一二次密封空腔闪爆着火。     

基于火灾场景的大型浮顶储罐区全过程风险防范体系研究

针对大型浮顶罐区火灾事故风险特征,通过对火灾场景辨识及其火灾风险影响因素分析,结合预防初期火灾场景风险要素和消防系统有效性,提出了罐区火灾事故现实风险的评估框架及确定方法。在此基础上,构建了基于火灾场景的全过程风险防范体系,包括库区评估规划、罐体本质安全化设计、库区火灾预防、罐区火灾扑救、园区火灾事故管理等5个方面,并给出相应的对策措施。大型浮顶罐区全过程火灾风险防范是一个持续改进的结构化过程风险管理体系,有助于实现罐区火灾风险的过程安全管理,进而提高仓储型园区的整体消防安全保障能力和风险防控水平。     

浮盘密封圈的原油挥发及结构优化的研究

根据我国大型浮顶储罐的特点,分析浮盘密封圈内油气的形成和集聚过程,总结浮盘密封圈在运行中出现的问题;指出密封圈内的油气挥发是气液相动态平衡的过程,当前浮盘密封圈的主要缺陷是密封圈内油气空间较大和在运行中无法保证有效密封;消除密封圈内原油的气液相界面是抑制密封圈内原油挥发的根本,减少风、气温变化等外界因素对密封圈内原油挥发的影响是降低密封圈内油气浓度的关键;消除密封圈内部的油气空间、消除密封圈内可能存在的放电点、增强密封结构的稳定性是密封圈结构优化的主要途径。     

炼油火炬系统水封罐设计压力研究

水封罐作为炼油火炬系统防止回火爆炸的重要安全设施,其设计应能保证在发生回火爆炸事故时不被破坏。采用数值模拟技术,利用FLACS工具,建立水封罐三维模型,模拟计算水封罐内的典型气体爆炸,据此提出水封罐的设计压力。结果表明:烃类气体(如甲烷、丙烷)在水封罐密闭空间内发生爆炸产生的压力为气体初始压力(绝压)的7~8倍,氢气爆炸产生的压力为气体初始压力(绝压)的10~12倍。对于炼油火炬系统,建议富氢气体排放系统的水封罐设计压力不低于1.0MPa(绝压),一般烃类火炬气排放系统的水封罐设计压力不低于0.7MPa(绝压)。     

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。     

光纤光栅感温火灾报警系统探测器在外浮顶原油罐上敷设间距的研究

光纤光栅感温火灾报警系统在石油化工行业储罐区等易燃易爆场所得到应用,但目前尚没有相关的国家级设计规范,且安徽省和湖北省地方设计规范关于感温探测器敷设间距的要求存在较大差异,有必要开展深入研究。以外浮顶原油罐为例进行研究,获得了差温和定温两种探测方式在两种敷设高度下,其敷设间距与罐径之间的关系表达式,二者呈正相关。研究结果表明,初起阶段火源功率与罐径呈线性关系且火源功率较小,按照地方规范设置敷设间距时,难以对其进行及时探测,应加大敷设密度;差温探测比定温探测方式具有更为快速探测报警优势且可以设置较大的敷设间距。     

危险化学品泄漏危害区域的数值模拟方法研究

总结现有危险化学品泄漏扩散机理,在此基础上用Visual Ba-sic 6.0开发可视化的危险化学品泄漏扩散模拟软件.该软件能够根据事故情景用图形的方式给出事故不同程度的危害范围,并且可依据不同风向和扩散范围改变模拟图的方向和大小以达到自适应目的.同时对所编制软件进行数值验证和与ALOHA比较验证.     

隧道内氨气泄漏扩散分布特征数值模拟

为分析运输过程中液氨罐车在隧道内泄漏的危险性,利用Fire Dynamics Simulator(FDS)软件模拟氨气在隧道内的扩散过程,发展了隧道内氨气泄漏扩散体积分数分布特征经验公式。采用大涡模拟处理湍流流动,以便兼顾计算精度和计算效率。考虑储罐车发生泄漏后停止不动,液氨在泄漏瞬间转变为气体,模拟在连续点源泄漏情况下的氨气射流及扩散过程。结果表明,高体积分数危险区域主要集中在隧道顶棚附近,更高截面的体积分数处于爆炸极限的区域更长。泄漏源与洞口之间的隧道中段区域的体积分数梯度相对两端较小,此中段区域也是人员安全高度截面最高氨气体积分数发生位置。最大泄漏量情况下氨气在沿纵向扩散过程中平均运动速率保持在0.63~1.06 m/s,扩散速率随纵向距离增加而降低。顶棚氨气体积分数升高程度随纵向距离增加呈幂函数降低,体积分数沿纵向衰减规律适用于其他泄漏量的情况。后期工作可考虑开展缩尺试验,并同时考虑通风条件等因素对氨气泄漏扩散的影响研究。发展的氨气在隧道内泄漏扩散的体积分数分布经验公式可为氨气事故后果评价、应急处置等工作提供参考。