某石化企业LPG球罐区泄漏扩散及燃烧事故的数值模拟

摘要

液化石油气(LPG)是非常重要的燃料以及化工原料，如今在工业以及民用的各个领域得到了广泛的应用。LPG属于易燃易爆危险物质，在储存的过程中易引发重大事故，尤其在LPG储罐区。由于储罐集中且储存量大，一旦储罐发生泄漏，带有压力的LPG从储罐内泄漏流出，立即剧烈汽化，发生闪蒸并随大气扩散。若未及时采取有效措施，易引发燃烧爆炸事故，造成人员伤亡和财产损失。因此，对LPG储罐泄漏扩散及燃烧的危险性进行研究分析，找出泄漏扩散及燃烧事故发生的原因，预测事故后果的严重程度，对预测、预防、控制LPG储罐泄漏扩散及燃烧事故的发生、保障生产的安全运行具有重要的理论价值和现实意义。　　以广西钦州某石油化工企业的LPG球罐罐区为研究对象，在对现场实际情况进行简化和抽象的基础上，通过对LPG的理化性质、危险特性、储存方式，LPG储罐泄漏扩散的形式、影响因素、泄漏扩散及燃烧模型的介绍，对比理论模型和数值分析方法的优缺点，确定采用CFD方法，对LPG的泄漏扩散及燃烧进行数值模拟分析。　　首先，运用FLUENT软件对该LPG球罐区的泄漏扩散进行三维数值模拟计算，研究了LPG气云扩散的规律，分析了扩散时间、风速以及泄漏量对LPG气云扩散的影响，得出扩散时间、风速以及泄漏量对LPG气云的扩散方向、扩散距离、浓度分布以及可燃浓度范围都会产生影响。　　其次，建立了LPG气云燃烧过程的数值模型，运用FLUENT软件对泄漏扩散形成的LPG气云的燃烧进行了二维数值模拟，研究了LPG气云的燃烧规律，分析了风速、初始浓度对LPG气云燃烧的影响。得出LPG气云燃烧经历了开始、发展、结束三个过程;风速、初始浓度对LPG气云的燃烧温度、燃烧范围、燃烧持续的时间及各组分的浓度都会产生影响。　　研究结果对该石化企业在日常安全生产管理工作中，进行球罐区的事故预防和预测具有指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．I 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 可燃气体泄漏扩散的研究现状

1．3．2 罐区可燃气体燃烧的研究现状

1．4 研究内容和研究方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

第二章 LPG储罐泄漏扩散及燃烧的基础理论

2．1 LPG的性质及储存

2．1．1 LPG的理化特性

2．1．2 LPG的危险特性

2．1．3 LPG的储存方式

2．2 LPG储罐泄漏扩散及燃烧的影晌因素

2．2．1 LPG储罐的泄漏方式

2．2．2 LPG气云的扩散方式

2．2．3 LPG气云扩散的影响因素

2．2．4 LPG气云燃烧的影响因素

2．3 LPG储罐泄漏扩散及燃烧的理论分析方法

2．3．1 LPG泄漏的理论分析方法

2．3．2 LPG扩散的理论分析方法

2．3．3 LPG燃烧的理论分析方法

2．4 LPG储罐泄漏扩散及燃烧的数值模拟方法

2．4．1 CFD简介

2．4．2 ANSYS Workbench简介

2．4．3 FLUENT简介

2．5 本章小结

第三章 LPG球罐区泄漏扩散数值模型的建立

3．1 球罐区基本情况概述

3．1．1 地理位置及平面布置

3．1．2 自然条件

3．2 物理模型

3．2．1 几何模型

3．2．2 数值模拟方案

3．2．3 网格划分

3．3 数学模型

3．3．1 基本假设

3．3．2 基本控制方程

3．4 湍流模型

3．5 组分输运模型

3．6 边界条件和初始条件

3．6．1 边界条件

3．6．2 初始条件

3．7 数值求解方法

3．7．1 控制方程的离散

3．7．2 离散格式

3．7．3 数值计算方法

3．8 本章小结

第四章 LPG球罐区泄漏扩散的数值模拟结果及分析

4．1 LPG泄漏扩散的规律

4．1．1 LPG气云的扩散过程

4．1．2 地面上LPG气云的浓度分布

4．1．3 地面上LPG可燃浓度范围的变化

4．1．4 不同方向上LPG气云浓度的变化

4．2 风速对LPG气云扩散的影响

4．2．1 地面上LPG气云的浓度分布

4．2．2 不同方向上LPG气云浓度的变化

4．2．3 对周边设旋产生的危害

4．3 泄漏量对LPG气云扩散的影响

4．3．1 泄漏孔径对LPG气云扩散的影响

4．3．2 泄漏孔数对LPG气云扩散的影响

4．3．3 对周边设施产生的危害

4．4 安全防范措施

4．5 本章小结

第五章 LPG气云燃烧的数值模拟及结果分析

5．1 物理模型

5．1．1 几何模型

5．1．2 数值模拟方案

5．1．3 网格划分

5．2 数学模型

5．2．1 基本假设

5．2．2 基本控制方程

5．3 湍流模型

5．4 燃烧模型

5．5 边界条件和初始条件

5．5．1 边界条件

5．5．2 初始条件

5．5．3 点火初始条件

5．6 数值求解方法

5．7 数值模拟结果及分析

5．7．1 LPG气云燃烧的规律

5．7．2 风速对燃烧的影响

5．7．3 初始浓度对燃烧的影响

5．7．4 对周边设施产生的危害

5．8 安全防范措施

5．9 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文