天然气处理厂放空火炬影响分析与模拟计算

根据天然气处理厂的地理和气象条件,提出需要进行危险性评估的4种工况;采用喷射扩散模式计算喷射火焰的热辐射,模拟不同工况下,风速不同时的热辐射强度曲线;采用高斯三维模型计算气体扩散浓度,得出不同工况下,风速不同时气体扩散长度和高度,并对放空火炬紧急工况时不同风速下的气体扩散进行模拟。通过影响分析和模拟,得出该放空火炬在不同风速下,不使人员产生热辐射影响的最小安全距离。     

泄爆夹层内障碍物对泄爆效果影响的数值模拟研究*

为研究泄爆夹层内障碍物位置对燃气泄爆效果的影响,以某大型商业综合体暗厨房为研究对象,考虑泄爆夹层中结构梁不同位置的泄爆效果,对暗厨房燃气爆炸的泄爆过程开展数值模拟研究。研究结果表明:在火焰没有到达泄爆窗前的爆炸初始阶段,障碍物对火焰结构和传播速度基本没有影响,当火焰进入泄爆夹层后,障碍物的存在可引发火焰加速现象;当障碍物距离泄爆窗1.7 m时,火焰加速现象较为明显,火焰最大传播速度可达591.5 m/s,此时厨房内压力峰值约2.9 MPa,约为没有结构梁情况下1.42倍;障碍物距离泄爆窗较近时,二者将协同影响火焰传播;厨房内压力峰值随着障碍物与泄爆窗距离的增大遵循增大-突降-增大的规律。研究结果可为商业综合体暗厨房泄爆设计提供一定理论依据。     

注塑清洗过程防毒通风技术模拟研究

为了获取注塑机清洗过程防毒通风设施关键参数,探索降低清洗过程毒物浓度的控制技术,运用计算机流体力学计算技术对该过程的毒物浓度分布和风流流场分布进行数值模拟,结果表明:环己酮浓度随着罩口距污染源距离的减小而减小,随着控制风速的增大而降低,当控制风速达到0.41 m/s时,环己酮浓度随着风速的增大而趋于稳定,因此该过程最适宜的控制风速为0.41 m/s;在控制距离一定的情况下,该过程的控制风速与风量成正比;在风量一定的情况下,控制风速随着控制距离的增大而减小,相关参数可由拟合出的公式进行计算得出。     

池火灾下立式油罐喷淋冷却数值模拟研究

从燃烧速率、火焰高度和火焰温度、热辐射通量三个方面详细论述了池火灾模型,并通过实验、计算和模拟进行对比研究。建立小型立式油罐模型,模拟得到罐壁温度的最大值在750 K左右,火焰温度在1 200 K以上,与试验值吻合。对罐壁进行喷淋冷却,根据规范进行合适布置,选取不同的水喷淋流量,得到罐壁温度增速随着喷淋强度的增大而减缓,12 L/(min·m~2)左右已可满足冷却需求的结果。     

泄爆面积比对泄爆门封闭泄爆特性的影响研究*

为研究泄爆面积比对泄爆门泄爆特性的影响,运用FLUENT软件建立煤矿井下1∶1巷道模型,在不同泄爆面积比的工况下对瓦斯爆炸传播规律及泄爆过程进行模拟,分析其变化特征和封闭泄爆效果。结果表明:S0工况条件下,压力和温度衰减后保持在0.29 MPa和565 K;S1~S4工况条件下,S4比S1,S2和S3达到封闭状态时间快780,260,50 ms,封闭时间最大节省70.91%;随着泄爆面积比的增大,封闭火区内的压力的峰值、峰值数量和达到封闭状态时间减小,泄爆能力增强;火焰速度峰值和衰减速率增大;温度的初始峰值、峰值数量和达到稳定状态时间减小,最大峰值反而增大,说明泄爆门对瓦斯爆炸火焰无抑制作用。     

大型LNG储罐翻滚事故放空气扩散后果模拟

发生翻滚事故时,大型LNG储罐内压力急剧升高,为防止储罐超压破裂,大量的天然气通过安全阀放空,而天然气具有易燃易爆的特点,可能在LNG接收站的装置区及罐区发生爆炸。利用计算流体力学的方法对不同风速、风向下放空气的扩散过程进行了模拟,得到CH4的浓度分布情况。结果表明:大气风速对放空气的扩散过程具有影响,当风速逐渐增大时,降落到地面的CH4逐渐增多,而当风速超过7m/s时,随着风速的增大,降落到地面的CH4开始减少。随着风速的增大,50%LEL影响范围逐渐减小。各种风速条件下,装置区和罐区CH4的浓度均未达到50%LEL,因此LNG储罐发生翻滚事故时,放空气不会形成爆炸性气氛。     

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。     

障碍物对油气-空气混合气体泄压爆炸火焰传播特性影响

为了研究障碍物对油气泄压爆炸火焰传播特性的影响规律,进行了不同数量障碍物工况下的对比实验,并利用纹影仪和高速摄影仪记录了火焰传播过程,针对障碍物对火焰形态、火焰锋面位置及火焰传播速度的影响规律进行了研究,结果表明:圆柱体障碍物会导致油气泄压爆炸火焰形态产生褶皱和弯曲变形,诱导层流火焰向湍流火焰转变,加速火焰的传播,对油气泄压爆炸火焰的初始传播形态有显著影响;随着障碍物数量的增多,火焰锋面传播距离点火端的最大距离增大,但到达最远距离的时间减少;障碍物能够增强火焰的传播速度,尤其对障碍物下游火焰影响最为显著,随着障碍物数量的增多,火焰传播的最大速度也随之增大,但达到最大火焰传播速度的时间却随之减少;障碍物的存在增大了油气泄压爆炸过程外部爆炸压力,并且随着障碍物数量的增多,外部爆炸压力峰值增长幅度增大。     

强风条件下大型储罐火灾的热辐射灾害影响

风速对火灾的发展过程有很重要的影响,目前国内外对强风条件下储罐区防火间距的规定尚不明确。利用FDS火灾模拟软件对强风条件下容积为10万m~3的大型原油储罐进行了火灾仿真模拟。分析了6级、8级、10级及12级强风作用下火源的热释放速率、火焰中心温度及热辐射强度的变化特征,得到了热辐射对普通人员、消防官兵及邻近下风向储罐的灾害影响程度。结果表明,随风速增大火焰热释放速率有增大的趋势,火焰中心温度不断降低,且高温区域高度不断下降。在强风作用下,火焰向下风向发展,下风向热辐射强度上升,导致下风向邻近储罐在热辐射的不断作用下有破裂泄漏的可能。对于常年有强风发生的地区,现阶段规定的10万m3油罐间的防火间距已不能满足储罐的安全性,应根据当地实际情况进行调整。     

水平风对不同液位深度酒精池火火焰长度的影响

通过改变风速、液位深度的大小,研究边界条件变化对酒精池火火焰长度的影响。研究结果表明：在无量纲液位深度小于一定值时,酒精池火的火焰长度会随着风速的增加而增大,当无量纲液位深度较大时,油盘外部酒精池火的火焰长度基本为0。风速相同而液位深度不同时,酒精池火的火焰长度会随着液位深度的增大首先增大,而后逐渐减小。这主要是因为,液位深度较大时,燃料表面的供氧量降低导致燃烧效率降低,最终导致火焰长度的减小。     

多因素下小尺度油罐火火焰倾角的研究

以柴油为研究对象,搭建了小尺度油罐火实验台,采用理论分析与实验研究相结合的方法,开展了有风条件下不同液位深度和罐顶开口宽度的小尺度油罐火火焰倾角的实验研究。结果表明,火焰倾角随风速的增加先迅速增加,然后趋于平稳。在相同的罐顶开口宽度和风速条件下,火焰倾角随着液位深度的增加呈现出减小的趋势。这是因为火焰微元在油罐开口处的速度随着液位深度的增加而增加,风速对火焰倾角的影响显著减小。当风速和液位深度一定时,质量损失速率随罐顶开口宽度的增大而增大,火焰倾角随着罐顶开口宽度的增大逐渐减小。     

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。     

扩散体型挡风坝集风系统研究

为了有效收集风流,本文提出了扩散体型挡风坝集风系统,确定了扩散体挡风坝模型的尺寸,通过Fluent软件模拟了不同入口风速时,扩散体坝体截面中心点至地面不同高度点风速,并确定了风速增大倍数。在此基础上,开展了基于风洞的扩散体挡风坝集风实验,结果表明:扩散体挡风坝数值模拟结果与风洞实验结果基本一致,风速均增加近0.5倍左右,挡风坝集风效果明显。研究结论对挡风坝风力发电系统的工程可行性和经济效益具有重要的理论和现实指导意义。     

HAZOP技术在炼油火炬系统工艺危害分析中的应用

为系统辨识火炬系统存在的危险有害因素,提高火炬系统的安全设计及运行水平,采用危险与可操作性（HAZOP）分析对火炬系统开展了工艺危害分析。以火炬筒体为例,分析了火炬筒体的控制参数,给出了筒体火焰小、高空点火器点火不成功、地面爆燃点火系统点火失败等偏差的HAZOP分析结果,并针对高风险的偏差提出了相应的建议措施。从分析效果来看,HAZOP技术可用于炼油火炬系统的工艺危害分析,能系统地辨识炼油火炬系统存在的隐患,有助于提高装置工艺安全水平。     

逆流风下火焰沿柱状燃料的传播

本文建立了逆流风情况下火焰沿柱状物燃料传播的数学模型，可用于预测火焰的传播速度和火焰结构。该模型包括气相部分的二维稳态动量，能量和组分方程以及固相部分的质量和能量守恒方程。当参考坐标系附在火焰前锋上时，该问题成为一个准稳态问题，且火焰传播速度成为其本征值。文中研究了逆流风速和燃烧直径对火焰传播速度及火焰结构的影响。结果表明，火焰传传播速度随逆风速的增大而减小，当逆流风速达到某一临界值时，火焰便会熄     

连通器内预混气体泄爆过程的数值模拟

连通器内预混爆炸性混合气体被点燃后,随着气体燃烧火焰的传播,而发展成爆轰,压力急剧上升,故研究连通器安装爆破片后,泄爆过程的数值模拟有其重要价值.采用有限元的方法,对连通器内预混气体的火焰传播和泄爆过程进行数值模拟.通过模拟获得了不同时刻燃爆的速度场、密度场、浓度场、温度场,为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据.     

连通器内预混气体泄爆过程的数值模拟

连通器内预混爆炸性混合气体被点燃后，随着气体燃烧火焰的传播，而发展成爆轰，压力急剧上升，故研究连通器安装爆破片后，泄爆过程的数值模拟有其重要价值。采用有限元的方法，对连通器内预混气体的火焰传播和泄爆过程进行数值模拟。通过模拟获得了不同时刻燃爆的速度场、密度场、浓度场、温度场，为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据。     

非线性拉伸对甲烷-空气预混火焰燃烧特性的影响

使用定容燃烧弹与高速纹影照相系统研究了不同当量比下甲烷-空气预混气体的层流火焰燃烧特性。实验数据同时应用传统线性模型和非线性模型分析了不同当量比对球形扩展火焰的传播速率和马克斯坦长度的影响。结果显示:随着当量比的增加,层流燃烧速率先增大后减小,直到当量比为1.1时,火焰速率达到最大值。马克斯坦长度始终为正值,且随着当量比的增大而增大。在所有当量比条件下,线性和非线性方法计算的火焰速率大致相同,差值小于0.01 m/s;线性方法得到的马克斯坦长度均大于非线性模型计算的结果,并随着当量比的增大,两种方法得到的马克斯坦长度的差值更加显著。     

海上石油平台工艺区风环境模拟及韧性评估*

为研究不同风向下海上石油平台工艺区的风场特征和系统韧性,采用Fluent软件从8种不同风向角度对海上平台工艺区风环境进行三维数值模拟,分析研究高于工艺区地面1.5,3,4.5 m水平风场风速分布特征,确定微静风区和强风速区面积,并以微静风区域占比为指标评估系统抗灾韧性。研究结果表明:风速激增区出现在障碍物前缘或侧翼;风口顺延形成强风道,风速介于1.6～3.1 m/s之间;系统韧性与微静风区占比呈现负相关,在1.5 m高度风场处,E-90°风向时微静风区域面积占比约为69%,工艺系统韧性较弱,风险较大;NW-315°风向时微静风区域面积占比约为9.6%,工艺系统韧性较强,风险较小;随着风场高度增大,各个风向系统韧性均有所提高,W-270°风向时系统韧性升幅达12.1%,N-0°风向时系统韧性升幅达12.24%。研究结果可为海上石油平台逃生路线设计、火气监控设备布置及提高平台自身抗灾韧性方面提供指导依据。     

球形容器内可燃气体泄爆过程的数值模拟

利用流体力学软件Fluent对球形容器泄爆过程中流场进行数值模拟,分析泄爆导管长度和泄放压力对爆炸压力和爆炸强度的影响,以及泄爆过程中火焰阵面和速度场的变化。研究表明,泄爆过程增大了燃烧火焰的面积,燃烧火焰在泄爆过程中发生湍流,燃烧速度得到极大地加速,泄爆导管对于容器内的高压气体的泄放起到了约束作用,泄爆导管的长度是影响泄爆过程中容器内部压力变化的重要因素。