【摘要】：氣態(tài)的危險(xiǎn)化學(xué)品常采用加壓或降溫方式存在儲(chǔ)罐中,然而介質(zhì)腐蝕、儲(chǔ)罐超壓、操作失誤等因素,極易造成泄漏事故的發(fā)生。由于儲(chǔ)罐介質(zhì)的危險(xiǎn)特性,泄漏擴(kuò)散可能引發(fā)火災(zāi)爆炸、人員中毒、環(huán)境污染等多米諾效應(yīng)事故發(fā)生,使得事故后果更加嚴(yán)重。因此,本文主要研究,在泄漏氣體儲(chǔ)罐周圍以射流相切的方式制造龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng),對(duì)儲(chǔ)罐泄漏擴(kuò)散過程進(jìn)行控制,從而縮小有害氣體擴(kuò)散影響區(qū)域的大小,避免泄漏引發(fā)二次事故發(fā)生,同時(shí)為應(yīng)急疏散、救援爭(zhēng)取時(shí)間,這對(duì)減少人員傷亡尤為關(guān)鍵。本文基于FLUENT流體力學(xué)計(jì)算軟件建立了人工龍卷風(fēng)數(shù)值模型。通過對(duì)人工龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)特性進(jìn)行分析。研究了切向速度與壓強(qiáng)沿徑向分布規(guī)律,與龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)切向速度理論分布規(guī)律一致,并且證實(shí)在開敞空間,射流相切方式能形成龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)。通過進(jìn)一步研究不同渦流比與進(jìn)風(fēng)量對(duì)龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)控制氣流強(qiáng)度的影響,結(jié)果表明,渦流比越大,形成的龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)最大切向速度越小,氣流向中心匯聚能力越弱;進(jìn)風(fēng)量越大,形成的龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)最大切向速度越大,氣流向中心匯聚能力越強(qiáng)。以廣泛應(yīng)用的氨氣為例,分析不同條件對(duì)氨氣泄漏擴(kuò)散的影響。首先,分析風(fēng)場(chǎng)的有無(wú)對(duì)不同氨氣濃度擴(kuò)散所影響區(qū)域的差別。無(wú)風(fēng)場(chǎng)條件下,氨氣擴(kuò)散主要集中在地面附近,在距離泄漏口較遠(yuǎn)處出現(xiàn)了顯著地向上流動(dòng)。有風(fēng)場(chǎng)條件下,泄漏氣體主要集中在儲(chǔ)罐上方,隨進(jìn)風(fēng)口形成的旋轉(zhuǎn)射流一同向上流動(dòng)。擴(kuò)散時(shí)間60s,濃度為30mg/m~3時(shí),無(wú)風(fēng)場(chǎng)條件擴(kuò)散距離為82m,有風(fēng)場(chǎng)條件擴(kuò)散距離27.6m。這說(shuō)明在泄漏儲(chǔ)罐周圍形成人工龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)有效的減小泄漏氣體向外擴(kuò)散距離。其次,分析風(fēng)場(chǎng)的有無(wú)對(duì)同一擴(kuò)散時(shí)間人員可接觸高度處氨氣濃度隨擴(kuò)散距離變化規(guī)律。結(jié)果表明,在擴(kuò)散時(shí)間為60s時(shí),對(duì)于相同的擴(kuò)散距離,有風(fēng)場(chǎng)條件下氨氣濃度低于無(wú)風(fēng)場(chǎng)條件下氨氣濃度。并且,在有風(fēng)場(chǎng)條件下氨氣濃度遠(yuǎn)低于空氣中最高允許濃度時(shí),相同擴(kuò)散距離處無(wú)風(fēng)場(chǎng)氨氣濃度遠(yuǎn)高于立即威脅生命或健康濃度。由此得出結(jié)論,通過射流相切的方式形成龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng),利用該風(fēng)場(chǎng)的抽吸作用,可以減少在人員接觸高度范圍氨氣擴(kuò)散的危害。最后,本文分析了不同條件下,儲(chǔ)罐區(qū)人工龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)對(duì)氣流的控制作用。隨進(jìn)風(fēng)角度、入流半徑、泄漏速率的增加,氨氣擴(kuò)散范圍逐漸增大,另外進(jìn)風(fēng)速度增大使得在儲(chǔ)罐上部氣流匯聚能力增強(qiáng),但同時(shí)增加了氨氣擴(kuò)散速度。簡(jiǎn)言之,本文討論了不同條件下人工龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)對(duì)氣體擴(kuò)散的控制作用,這對(duì)如何利用風(fēng)場(chǎng)控制擴(kuò)散具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ086
【圖文】：

景與研究意義國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，化工企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)中所需危險(xiǎn)化學(xué)化學(xué)品在運(yùn)輸、使用、儲(chǔ)存過程中操作不當(dāng)，極易造成傷害事故-2015 年危險(xiǎn)化學(xué)品事故統(tǒng)計(jì)，如圖 1.1 所示，危險(xiǎn)化學(xué)品事故的占事故總數(shù)的 43.1%；爆炸事故占事故總數(shù)的 30.3%，低于泄漏應(yīng)的泄漏事故不包括在其統(tǒng)計(jì)的泄漏事故中。造成人員死亡最多，其次為泄漏事故。研究學(xué)者[2]針對(duì)泄漏事故發(fā)生的環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)易引發(fā)泄漏事故發(fā)生的環(huán)節(jié)為運(yùn)輸環(huán)節(jié)，其次為儲(chǔ)存環(huán)節(jié)。危險(xiǎn)方式存在儲(chǔ)罐中，介質(zhì)腐蝕、儲(chǔ)罐超壓、操作失誤等因素，極易由于儲(chǔ)罐介質(zhì)的危險(xiǎn)特性，泄漏擴(kuò)散可能引發(fā)火災(zāi)爆炸、中毒、事故，使得事故后果進(jìn)一步擴(kuò)大，不僅影響企業(yè)工作人員身體健。氣體泄漏具有突發(fā)性，無(wú)法預(yù)估、杜絕事故的發(fā)生。事故后果的性質(zhì)、儲(chǔ)存方式、泄漏時(shí)間有極大的聯(lián)系，如 2018 年 11 月泄漏事故，泄漏氣體擴(kuò)散到公路，遇明火發(fā)生爆炸，引發(fā)連鎖反死亡人數(shù)到達(dá) 23 人。

圖 1.2 2010-2015 年泄漏事故發(fā)生環(huán)節(jié)統(tǒng)計(jì)ence link statistics for hazardous chemicals leakage accidents in China dyears發(fā)生泄漏后若不能及時(shí)控制泄漏源，泄漏物質(zhì)將迅速蒸發(fā)，漏氣體與空氣混合受到外界環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等因素的漏量的增加，擴(kuò)散范圍逐漸擴(kuò)大，根據(jù)儲(chǔ)存物質(zhì)其自身特性毒事故。具有毒性的氣體一旦發(fā)生泄漏，隨著泄漏時(shí)間的增圍將會(huì)隨之增加，造成的傷害范圍越來(lái)越廣。災(zāi)爆炸事故�？扇�?xì)怏w與空氣混合形成爆炸性混合物，遇明度急劇上升，導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)壓力增加，可能造成罐體破裂。若還可能造成周圍儲(chǔ)罐發(fā)生破裂，引發(fā)更為嚴(yán)重的二次事故。傷事故。低溫儲(chǔ)存的氣體發(fā)生泄漏，將會(huì)迅速的蒸發(fā)沸騰，溫度急劇降低，可能造成周圍工作人員凍傷。息事故。無(wú)毒無(wú)味不燃的氣體泄漏后，使空氣中氧濃度減少物質(zhì)濃度逐漸增加，窒息危險(xiǎn)區(qū)域逐漸擴(kuò)大。

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本文編號(hào)：2738481