本文關(guān)鍵詞：天然氣壓縮機房泄爆設(shè)計研究

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【摘要】：天然氣壓縮機是天然氣輸配中常見的動設(shè)備,設(shè)于壓縮機房內(nèi),失效頻率較高,極易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故,給周圍環(huán)境和群眾生命財產(chǎn)安全帶來極大的威脅。因此,開展天然氣壓縮機房泄爆研究,對于控制火災(zāi)爆炸事故及減小事故危害具有重要的實際意義和科研價值。本文建立了天然氣壓縮機房爆炸泄壓數(shù)值模型,分析其泄爆特征及影響規(guī)律,針對天然氣壓縮機房泄爆設(shè)計存在的實際問題,參考相關(guān)泄爆技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),提出了天然氣壓縮機房泄爆優(yōu)化設(shè)計方法,可有效指導(dǎo)天然氣壓縮機房的泄壓設(shè)計。對此本文開展了以下幾方面的研究：(1)利用預(yù)先危險性分析(PHA)法,對天然氣壓縮機房燃燒爆炸危險性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,天然氣壓縮機房燃燒爆炸事故主要由設(shè)計、制造、安裝和維護(hù)不合理,氣體泄漏、高溫高壓下積炭自燃、液體沖擊、誤操作和違章作業(yè)等引起,易導(dǎo)致災(zāi)難性事故,需采取有效的預(yù)防與減災(zāi)措施。(2)借助于FLACS軟件,建立了天然氣壓縮機房爆炸泄壓數(shù)值模型。對網(wǎng)格敏感性進(jìn)行分析,確定了較優(yōu)網(wǎng)格數(shù)。利用已發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對爆炸泄壓模型進(jìn)行了有效性驗證,結(jié)果表明,數(shù)值模擬結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)基本吻合,最大誤差為-5.2%,屬于工程可接受范圍,驗證了本文采用數(shù)值模擬方法的適用性和準(zhǔn)確性。(3)基于本文建立的天然氣壓縮機房爆炸泄壓數(shù)值模型,計算分析了點火位置對泄爆超壓峰值的影響,選取了超壓峰值最大的點火源作為本文后續(xù)計算的點火初始條件。設(shè)置不同的事故場景,對壓縮機房內(nèi)充滿當(dāng)量比濃度甲烷-空氣混合氣體條件下的爆炸泄壓過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了泄爆過程基本特征,結(jié)果表明：壓縮機房內(nèi)爆炸壓力、升壓速率及火焰溫度分布是不均勻的；在同一個水平面上,爆炸超壓峰值、最大升壓速率、最高火焰溫度呈現(xiàn)出中間位置高,兩邊位置低的分布規(guī)律；爆炸超壓峰值、最大升壓速率、最高火焰溫度在豎直方向上隨高度的增加而增大；在泄壓口附近墻壁內(nèi)側(cè)受負(fù)壓影響較大。(4)利用本文建立的天然氣壓縮機房爆炸泄壓數(shù)值模型,模擬了不同泄壓面積比、壓縮機房長徑比、泄壓板開啟壓力及泄壓板單位面積質(zhì)量下壓縮機房爆炸泄壓過程,分析了各因素對泄爆超壓峰值、負(fù)壓峰值、最大升壓速率及火焰最高溫度的影響規(guī)律。結(jié)果表明：泄爆超壓峰值、負(fù)壓峰值、最大升壓速率及火焰最高溫度隨泄壓面積比的增加逐漸減小,到達(dá)0.5后趨于平緩；泄爆超壓峰值、負(fù)壓峰值與泄壓板開啟壓力近似的呈線性遞增關(guān)系,最大升壓速率及火焰最高溫度隨泄壓板開啟壓力的增加而增大,當(dāng)開啟壓力大于0.2barg時,增加較快；泄爆超壓峰值、負(fù)壓峰值、最大升壓速率及火焰最高溫度隨壓縮機房長徑比的增加而增大,長徑比大于3時,增長較快；泄壓板單位面積質(zhì)量在60kg·m-2范圍內(nèi),對泄爆超壓峰值、負(fù)壓峰值、最大升壓速率及火焰最高溫度的影響較小。(5)利用正交試驗方法制定了因素敏感性模擬分析方案,以爆炸超壓峰值為評價標(biāo)準(zhǔn),采用改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度方法分析了泄壓面積比、泄壓板開啟壓力、壓縮機房長徑比、泄壓板單位面積質(zhì)量對爆炸超壓峰值影響的重要程度。結(jié)果表明,各影響因素對超壓峰值的影響程度依次為：泄壓板開啟壓力、泄壓面積比、壓縮機房長徑比、泄壓板單位面積質(zhì)量。(6)模擬結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)NFPA68-2013、EN 14994-2007及GB50016-2014進(jìn)行了對比,結(jié)果表明,這三種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都能保證有效泄壓面積,但是NFPA68-2013與GB50016-2014過于保守。參考國外標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合我國生產(chǎn)技術(shù),對GB50016-2014提出了相應(yīng)的修訂建議：泄壓比C的取值過于保守,危險物質(zhì)應(yīng)作詳細(xì)分類,對甲烷氣體最小C值可取0.05；泄壓板開啟壓力對泄爆影響程度較大,國標(biāo)應(yīng)加入對泄壓板開啟壓力的規(guī)定,開啟壓力不應(yīng)大于0.2barg；天然氣壓縮機房長徑比不應(yīng)大于3.0；泄壓板單位面積質(zhì)量不宜超過50kg.m-2。(7)針對天然氣壓縮機房泄壓設(shè)施可能存在的無法滿足GB50016-2014最小要求泄壓面積及廠房共振問題,基于CFD技術(shù)及模態(tài)分析方法,建立了可保證有效泄壓防止共振的天然氣壓縮機房泄爆優(yōu)化設(shè)計方法及流程,給出了具體的優(yōu)化案例,驗證了優(yōu)化方法的可行性。
【關(guān)鍵詞】：天然氣爆炸 壓縮機房 泄爆特性 數(shù)值模擬 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU996
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-25
• 1.1 研究目的及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-21
• 1.2.1 可燃?xì)怏w爆炸機理10-13
• 1.2.2 泄爆影響因素13-18
• 1.2.3 泄爆設(shè)計方法18-21
• 1.3 主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線21-23
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容21-22
• 1.3.2 技術(shù)路線22-23
• 1.4 主要創(chuàng)新點23-25
• 第2章 天然氣壓縮機房危險性及泄爆設(shè)計分析25-36
• 2.1 引言25
• 2.2 天然氣壓縮機房爆炸危險性分析25-29
• 2.3 爆炸事故預(yù)防與減災(zāi)安全技術(shù)29-32
• 2.4 燃?xì)庑贡O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)32-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 天然氣壓縮機房泄爆數(shù)值模擬方法36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 數(shù)值計算模型36-42
• 3.2.1 基本方程36-37
• 3.2.2 燃燒模型37-38
• 3.2.3 數(shù)值方法38-42
• 3.3 天然氣壓縮機房爆炸泄壓模型建立42-46
• 3.3.1 幾何模型42-43
• 3.3.2 邊界與初始條件43-44
• 3.3.3 時間步長44
• 3.3.4 網(wǎng)格劃分44-46
• 3.4 模型驗證46-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 天然氣壓縮機房泄爆特性分析48-71
• 4.1 引言48
• 4.2 事故場景設(shè)置48-50
• 4.2.1 點火位置的確定48-49
• 4.2.2 事故場景參數(shù)設(shè)置49-50
• 4.3 泄爆特征分析50-56
• 4.3.1 燃爆過程50
• 4.3.2 壓力發(fā)展50-52
• 4.3.3 升壓速率52-54
• 4.3.4 火焰溫度54-56
• 4.4 泄爆影響因素分析56-66
• 4.4.1 泄壓面積比的影響56-59
• 4.4.2 泄壓板開啟壓力的影響59-61
• 4.4.3 長徑比的影響61-64
• 4.4.4 泄壓設(shè)施質(zhì)量的影響64-66
• 4.5 影響因素敏感性分析66-70
• 4.5.1 模擬方案設(shè)計66-67
• 4.5.2 灰色關(guān)聯(lián)度計算67-70
• 4.6 本章小結(jié)70-71
• 第5章 燃?xì)鈮嚎s機房泄爆優(yōu)化設(shè)計方法71-83
• 5.1 引言71
• 5.2 壓縮機房泄爆優(yōu)化設(shè)計方法71-74
• 5.3 結(jié)構(gòu)模態(tài)驗證74-75
• 5.4 優(yōu)化實例應(yīng)用75-81
• 5.4.1 工程概況75-76
• 5.4.2 泄爆方案設(shè)計76-78
• 5.4.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)模態(tài)驗證78-81
• 5.5 本章小結(jié)81-83
• 第6章 結(jié)論與展望83-85
• 6.1 結(jié)論83-84
• 6.2 展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果90

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本文編號：1106504