盒子模型在丙烷瞬时泄漏模拟分析与安全评估中的应用

以某光纤企业汇流排丙烷气体瞬时泄漏为例,对重气云扩散模式及其影响因素进行研究,选用盒子模型进行扩散模拟,求得浓度随扩散时间、泄漏点距离的变化规律、产生健康危害的下风向距离以及造成的危害区范围.经计算可知,距泄漏点下风向33.11m即可达到爆炸浓度下限,丙烷云团瞬时泄露扩散45s后能造成409.23m的人员健康危害区.经过分析,企业汇流排实际布局不能满足气体泄漏事故发生时的安全要求.此结果可为发生事故时作业人员确定事故毒害危险区及疏散范围提供合理性依据.     

天然气储罐泄漏扩散的影响因素及危害性

天然气储罐一旦发生泄漏后,会对人体及周围造成损害,以西安天然气厂作为对象,针对泄漏扩散、火灾爆炸主要的事故类型等,从分析影响天然气泄漏的因素出发,通过高斯烟羽模型和TNT当量法,计算天然气储罐一旦发生泄漏,产生的危害范围。研究认为参照天然气爆炸上下限以及人可接触浓度阈值三个值为分界点,距离泄漏源下风向313 m,甲烷浓度达到了对人体有害的阈值,距离泄漏源下风向135 m处,天然气浓度处于爆炸下限,以爆炸源为中心,距其440 m以内的范围属于死亡区。高斯烟雨模型极大程度的考虑了影响扩散的因素,TNT当量法是计算爆炸能量的通用方法,得到的计算具有很高的合理度,可作为气体泄漏扩散危害的计算工具。     

FLUENT在丙烷泄漏扩散研究中的应用

应用FLUENT软件对某光纤企业丙烷泄漏后的扩散进行数值模拟,在设置边界条件及计算模型的前提下,探究丙烷扩散规律,得到泄漏后丙烷气体的速度、温度、密度、质量浓度等分布情况.结果显示,泄漏后丙烷气云速度由超声速变至亚声速,最后在距泄漏源较远处近似环境风速;在泄漏口垂直方向上,温度呈规律性变化,风口处变化最为明显,近地面温度变化缓慢,反之亦然;密度在泄漏源处可达1.49kg/m3,随着扩散逐渐接近空气密度;泄漏后大气中丙烷的含量从开始向周边先增大后减小,垂直方向上近地面丙烷含量较其他区更高.此结果可为该种易燃易爆气体的污染监控提供一定的理论依据.     

天然气管道站场泄漏扩散三维动态研究

针对天然气管道站场中天然气的泄漏扩散对安全生产造成的问题,开展了天然气管道站场中天然气泄漏扩散规律研究。采用专业软件模拟的方法,使用FLACS进行模拟,设置边界条件进行求解,研究不同风速、不同风向及不同泄漏速率对天然气泄漏扩散的影响,并结合天然气行业相关标准对天然气管道站场内可燃性气体位置进行优化。研究结果表明,泄漏速率越大、风速越小时,站场区域内可燃气体体积越大,可燃气体扩散范围越广,危险程度越高,同时,顺风向泄漏的危害程度要小于其他方向。基于计算结果建议收发球筒区的可燃气体探测器应设置在距离收球筒1 m处,高度设置为2m。这一研究为天然气管道站场的安全运行提供了重要理论支撑。     

乙烯球罐区多源泄漏爆炸数值仿真

储罐是储存石油化工产物的重要组成部分,使用年限增长导致罐体腐蚀损耗或人为不当操作等原因可能引发危险化学物质泄漏。为研究球罐区乙烯气体泄漏爆炸发展规律,使用CFD软件FLACS对西安市某能源化工厂中的乙烯罐区泄漏爆炸事故危害进行了定量评估,还原了罐区内乙烯气体单源及多源泄漏场景,并将泄漏所产生的不规则气云耦合进该软件的气体爆炸模块,设置火源进行气体爆炸模拟,得到其爆炸超压对各储罐的影响。研究表明:泄漏产生的可燃性气云大部分浓度较低,且该部分气体流速较慢;多源泄漏不同射流气体间通过卷吸及直接碰撞相互影响,减慢了泄漏气体的扩散,当泄漏源间距较大时,该影响可忽略不计;单源泄漏发生爆炸产生的爆炸超压仅为1.63～6.87 KPa,多源泄漏发生爆炸时超压显著增大,为1.98～20.37 KPa.该研究对罐区的安全管理及事故预防具有一定的指导意义。     

厂区天然气泄漏扩散的数值模拟研究

根据危险性气体空间泄漏扩散的特点,对厂区天然气等危险性轻质气体泄漏扩散运动进行了数值模拟,着重研究了大气风向风速、泄漏射流方向和泄漏时间对危险性轻质气体(天然气)空间泄漏扩散浓度场和危险性区域的影响.其中大气主导风的风速对气体扩散浓度和扩散危险性区域有很大的影响,如等值线图模拟的条件下,在x方向上,风速v=0.5 m.s-1比v=5.0 m.s-1条件下危险性区域大155 m.     

土壤地下空间耦合下天然气泄漏扩散数值模拟

随着燃气管道数量和规模的增加,由于燃气泄漏至相邻地下空间导致燃气爆炸的事故日益突出。为了研究天然气管道泄漏后气体在土壤和地下空间耦合下的扩散过程及规律,本文采用COMSOL软件中建立燃气管道泄漏在土壤和阀门井中扩散的数学模型,分别研究不同管道压力、土壤孔隙率、泄漏口到阀门井水平距离对燃气泄漏扩散的影响,结果表明：随着管道压力和土壤孔隙率的增加,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间相应减小;不同孔隙率条件下阀门井内甲烷摩尔分数差值逐渐稳定在一个定值;泄漏位置距离地下空间小于12.5 m时,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间小于7天,距离大于12.5 m时阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限需要一周以上的时间。     

基于FLACS的汽油储罐可燃气体泄漏的流场分析

罐区油品储存量大，具有较高的泄漏风险，一旦发生泄漏，可燃气体遇火源易发生火灾、爆炸等事故，甚至引发后果更为严重的多米诺效应，而可燃气体探测器作为重要的保护层持续监控现场，对保障现场安全生产和风险预警具有重大意义。以某罐区汽油泄漏为例，通过FLACS软件建立汽油储罐泄漏扩散计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型，根据现行标准GB/T 50493—2019在泄漏源周围设置候选监测点，结果表明：部分距泄漏源10 m范围内的监测点不能检测到可燃气体，说明探测器的设置应遵循可燃气体扩散规律；对于比空气重的可燃气体的检测，建议探测器的最佳安装高度为0.3 m。     

液体推进剂泄漏时的安全疏散距离

液体推进剂属于危险化学品,一旦发生泄漏,会引起火灾、爆炸、人员中毒和环境污染。因此,有效地控制推进剂泄漏,对于减缓危害十分重要。该文分析了液体推进剂的泄漏扩散过程,建立了推进剂管道或贮罐孔洞突发泄漏时污染物时空分布模型,采用大气Gauss扩散模型计算了发生泄漏扩散时的安全距离和人员疏散范围。结果表明:当推进剂泄漏到直径为5 m的液池中且连续扩散时:偏二甲肼的安全疏散距离为1 200 m;四氧化二氮的安全疏散距离为600 m。该模型可用于推进剂泄漏时的应急处置和风险管理。     

基于FLACS的汽油储罐可燃气体泄漏的流场分析

罐区油品储存量大，具有较高的泄漏风险，一旦发生泄漏，可燃气体遇火源易发生火灾、爆炸等事故，甚至引发后果更为严重的多米诺效应，而可燃气体探测器作为重要的保护层持续监控现场，对保障现场安全生产和风险预警具有重大意义。以某罐区汽油泄漏为例，通过FLACS软件建立汽油储罐泄漏扩散计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型，根据现行标准GB/T 50493—2019在泄漏源周围设置候选监测点，结果表明：部分距泄漏源10 m范围内的监测点不能检测到可燃气体，说明探测器的设置应遵循可燃气体扩散规律；对于比空气重的可燃气体的检测，建议探测器的最佳安装高度为0.3 m。     

煤气储罐泄漏扩散模型及仿真

基于Fick扩散方程,建立了煤气储罐瞬间完全泄漏的无风情况下的动态扩散模型.根据气体储罐形状为圆柱,确定了介质瞬间完全泄漏后模型的初始条件和边界条件,然后通过坐标变换和傅立叶变换和适用于圆柱(Bessel)函数的Hankel变换,求出了此条件下扩散方程的解析解.根据风力对扩散过程的影响,在无风扩散方程的基础上建立了有风条件下的扩散模型并求取了解析解,然后以一50000m3(r=19m,h=40m)煤气储罐完全破裂后的气体扩散过程为例进行了模拟,模拟结果验证了模型的有效性.     

高含硫天然气集输管道泄漏扩散数值模拟

利用CFD软件FLUENT对高含硫天然气集输管道破裂泄漏后的甲烷、硫化氢的扩散进行了数值模拟.结果表明,受重气扩散时沉积效应的影响,高含硫天然气泄漏扩散时近地面的横向污染范围比普通天然气更大,烟云高度明显降低.在自然风速影响下,随海拔高度的增加,危险气体向下风向偏移明显.压力为3.5 MPa、含硫化氢5%的高压天然气管道断裂泄漏2 min后,在环境风速影响下爆炸危险范围为下风向150～290 m,中毒范围为下风向0～270 m.山顶地形条件下的扩散规律与平地类似,山谷地形条件下硫化氢将发生沉积而不利于扩散.     

高含硫天然气集输管道泄漏扩散数值模拟

利用CFD软件FLUENT对高含硫天然气集输管道破裂泄漏后的甲烷、硫化氢的扩散进行了数值模拟.结果表明,受重气扩散时沉积效应的影响,高含硫天然气泄漏扩散时近地面的横向污染范围比普通天然气更大,烟云高度明显降低.在自然风速影响下,随海拔高度的增加,危险气体向下风向偏移明显.压力为3.5 MPa、含硫化氢5%的高压天然气管道断裂泄漏2 min后,在环境风速影响下爆炸危险范围为下风向150～290 m,中毒范围为下风向0～270 m.山顶地形条件下的扩散规律与平地类似,山谷地形条件下硫化氢将发生沉积而不利于扩散.     

城市建筑群环境有毒有害气体扩散数值模拟

应用计算流体力学(CFD)原理和方法建立街区尺度点源泄漏扩散的数值模型,并经风洞试验结果验证其正确性.对街区建筑物扰动和两种来流风速(1.5 m·s-1,3.0 m·s-1)下近地面气云扩散过程及特性进行模拟与分析.结果表明:给定合适的计算参数,基于RNG k-ε模型和SIMPLE算法能够有效模拟复杂障碍物条件下有毒有害气体的扩散过程;近地面气云扩散受道路、建筑物布局和来流风速的影响明显,建筑物周围测点浓度同该处源距、方位、高度以及风向偏离程度存在密切联系;较大的来流风速加快气云水平输送,同时有利于浓度的稀释;泄漏停止后建筑物密集区间浓度稀释相对滞缓,可能对人群健康构成威胁.     

基于平板-高斯烟羽模型的海上重气泄漏事故研究

设计海上重气平板-高斯烟羽扩散模型,其中平板模型用在重气沉降阶段,高斯烟羽模型用在重气湍流扩散阶段,并设计虚拟源将两者结合.同时,对海洋环境下的模型参数进行优化,包括风速、泄漏源有效高度以及扩散参数等,将调整后的参数输入模型,对事故区域重气浓度定量可视化.结果表明,事故点处,重气以8 m/s的风速向东北方向扩散;在下风向98 m处等浓度曲线以内为爆炸限度;在转折点31 m处,两模型衔接基本吻合.经专家实地检测,以(100m,0.0025 kg/m~3)为校正点,校正后的模型仿真与当时扩散浓度点基本吻合.因此,该模型可对重气泄漏扩散浓度区域可视化,并为之后应急救援等提供技术支撑.     

含硫天然气管道连续泄漏规律研究

为了预测含硫天然气泄漏后危险气体的扩散距离和危险区域的面积,以中国石油长庆油田第五采气厂输送管线为例,结合当地的实际环境,根据高斯烟羽模型选择适合于含硫天然气连续泄漏的控制参数,开展了含硫天然气在不同泄漏量、大气环境、地面粗糙度条件下连续泄漏的数值模拟研究,得出了相应的下风向扩散距离及其危害面积。结果表明:不同的条件下,天然气扩散的距离和面积不同。泄漏量越大,天然气扩散的距离和危害面积也越大,H2S的危险区域的面积也越大;大气稳定性越高,扩散距离和危害面积越大;地面粗糙度越大,扩散距离和危害面积越小。模拟结果可为人员疏散方案及应急救援预案制定提供理论依据和技术指导。     

基于FLACS的化纤生产企业储罐区泄漏爆炸事故数值模拟分析

以计算流体力学软件FLACS为工具,研究了某大型化纤生产企业原料储罐区发生泄漏并引发蒸气云爆炸事故的后果影响,并对事故扩展过程中罐区内的多米诺效应风险进行预测.研究表明,FLACS可应用于复杂生产及存储区域内的气体扩散爆炸过程的模拟研究,并对其爆炸风险进行定量评估,对多米诺效应风险进行可靠预测;该模拟场景下,爆炸火焰高度约为40 m,火焰顶部呈蘑菇云状,火焰广度覆盖中间管廊和泄漏储罐,爆炸产生的火球直径约为20 m,靠近点火源一侧的管壁温度和泄漏储罐罐壁表面温度均超过2 000℃,爆炸产生的最大超压为2.9 kPa,不足以对邻近装置产生破坏,但爆炸产生的高温会引发泄漏、池火、流淌火和浓烟等多米诺事故,应在实际建设中加强针对性消防控制措施.     

汽油储罐泄漏扩散三维动态研究

10 000 m³的立式内浮顶储罐在成品油站场中数量最多,为研究汽油泄漏扩散行为,考虑相邻罐之间的影响,通过FLACS软件,按照标准建立罐区三维模型,基于pool模块,分别讨论液池和可燃气云在不同泄漏速率、温度、风速影响下的扩散行为。研究结果表明,双罐区的液池和气云扩散主要受相邻储罐的阻挡而绕流扩散,随后与单罐区一样,受到防火堤的约束;根据在30 s形成的液池面积大小及可燃气体扩散最远距离来评价汽油泄漏后的灾害严重程度,发现泄漏速率越大、风速较小且稳定时,液池及可燃气云扩散速度越快,危险程度越高,而温度对液池扩展及气云扩散影响较小;结合监测点的实时气体浓度信息及GB 50493——2019相关规定,建议罐区可燃气体探测器设置在泄漏源附近,高度设置为0.3 m。     

多源重气泄漏扩散模拟研究

由于重气效应的存在,重气的泄漏和扩散的危险性较之轻气更为严重.在单源SLAB模型的基础上发展了多源重气扩散模型,并对单源和多源重气在连续泄漏和瞬时泄漏两种泄漏模式下的扩散都进行了模拟研究.以氯气泄漏为研究算例,计算得到了相应条件下下风向的时均浓度分布情况,结合毒性标准给出了不同毒性水平下的事故后果影响范围,从而可以为应急救援和疏散决策制定提供理论指导.     

室内燃气泄漏的模拟与分析

于室内燃气泄漏引发的爆炸和火灾事故给居民的生命财产造成了极大的损失,通过浮射流理论和紊流扩散理论对燃气泄漏后扩散情况进行了分析简化,建立了流体力学模型并定义了其边界条件.运用CFD软件对该模型进行了数值模拟,得到了泄漏发生后不同条件下的室内燃气浓度的变化规律,对燃气管道优化和减少火灾具有指导意义.