【摘要】：隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)對(duì)能源的需求量逐年增加。液化天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)以污染小、熱值高、使用安全、便于儲(chǔ)運(yùn)等特點(diǎn),廣受人們的關(guān)注。LNG一旦泄漏極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等一系列嚴(yán)重的事故。事故調(diào)查分析表明,池火災(zāi)事故是最為常見(jiàn)的,且超過(guò)80%的池火災(zāi)會(huì)引發(fā)多米諾效應(yīng)。在多個(gè)儲(chǔ)罐集中布置的罐區(qū)內(nèi),多米諾效應(yīng)極易誘發(fā)形成破壞性更強(qiáng)的多池火事故。目前,我國(guó)LNG站場(chǎng)的設(shè)計(jì)布局主要依照相關(guān)規(guī)范中的防火間距,并沒(méi)有指定用于池火災(zāi)火焰熱輻射強(qiáng)度預(yù)測(cè)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型。近年來(lái),計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速,已有不少學(xué)者開(kāi)始利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computation Fluid Dynamics,CFD)對(duì)池火災(zāi)事故后果進(jìn)行模擬分析。但有關(guān)多池火的模擬研究大多停留在模型驗(yàn)證階段,應(yīng)用于實(shí)際多池火站場(chǎng)的模擬研究的幾乎沒(méi)有。因此,本文通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外單池火和多池火實(shí)驗(yàn)、熱輻射強(qiáng)度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ图癈FD模擬研究現(xiàn)狀,分析多池火形成原理,并對(duì)現(xiàn)有模型的精確性和適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。然后建立適用于單/多池火災(zāi)熱輻射強(qiáng)度預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型。最后分析多池火火焰特性,并對(duì)典型站場(chǎng)池火災(zāi)事故后果進(jìn)行模擬評(píng)價(jià)。為此,本文研究工作如下:(1)根據(jù)多池火形成原理及特性,結(jié)合常用熱輻射強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?duì)比分析,研究適用于多池火在的熱輻射強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型。通過(guò)LNG池火災(zāi)常用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突驹砑皟?yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析,優(yōu)選出PoFMISE模型作為池火災(zāi)熱輻射強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn),PoFMISE模型預(yù)測(cè)單池火的平均相對(duì)誤差為16.34%;而預(yù)測(cè)多池火的平均相對(duì)誤差為26.59%,誤差較大。采用多池火火焰特征參數(shù)關(guān)聯(lián)式對(duì)模型進(jìn)行修正,PoFMISE修正模型的平均相對(duì)誤差為19.72%。因此,結(jié)合多池火相關(guān)關(guān)聯(lián)式可提高PoFMISE模型預(yù)測(cè)多池火災(zāi)的精確性,但仍存在較大的誤差。(2)基于CFD模型基礎(chǔ)理論和FLUENT計(jì)算平臺(tái),建立池火災(zāi)熱輻射預(yù)測(cè)CFD模型,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證CFD模型正確性。CFD模型預(yù)測(cè)熱輻射強(qiáng)度分布,與Montoir單池火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,平均相對(duì)誤差為9.15%;與Fukuda多池火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,平均相對(duì)誤差為6.19%。由此可知,CFD模型預(yù)測(cè)誤差相對(duì)較小,可用于單/多池火災(zāi)熱輻射強(qiáng)度預(yù)測(cè)。CFD模擬中火焰外形表面的確定是分析火焰特性的關(guān)鍵,不同等溫面火焰外形特征參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),單池火火焰外形表面宜選用1200K等溫面,多池火宜選用1000K等溫面。(3)采用池火災(zāi)熱輻射CFD模型對(duì)多池火火焰合并條件,多池火合并火焰主要特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明,液池間距是影響火焰是否合并的關(guān)鍵因素,由此可將不同合并狀態(tài)的多池火分類為.:完全合并、不完全合并、完全不合并、獨(dú)立單池火。通過(guò)不同合并狀態(tài)火焰對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),火焰合并行為對(duì)火焰高度、溫度、熱輻射強(qiáng)度等特性的影響程度不同。其中,液池間距與直徑的比值S/D接近0.50時(shí),形成的火焰危害程度最大。(4)利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃虲FD模型對(duì)典型LNG站場(chǎng)多池火災(zāi)事故場(chǎng)景安全間距進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,CFD模型的預(yù)測(cè)精度最好,經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)結(jié)果過(guò)于保守且精度較差,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范評(píng)價(jià)過(guò)于簡(jiǎn)單,適應(yīng)性較差。對(duì)比不同池火災(zāi)事故場(chǎng)景危害程度發(fā)現(xiàn),由于環(huán)境風(fēng)速和火焰合并的雙重影響,C3+C4雙池火災(zāi)造成的熱輻射危害最嚴(yán)重。站內(nèi)設(shè)施所受輻射熱通量峰值分析表明,氣化區(qū)和儀表控制室受輻射破壞最嚴(yán)重,綜合樓、消防泵房次之,其余設(shè)施幾乎不受影響。(5)根據(jù)上述評(píng)價(jià)研究結(jié)果,對(duì)該站場(chǎng)提出池火災(zāi)事故減緩優(yōu)化建議。1)針對(duì)氣化區(qū)等可移動(dòng)設(shè)備,采用增大與圍堰之間的距離來(lái)降低氣化區(qū)等可移動(dòng)設(shè)備所受熱輻射強(qiáng)度;針對(duì)儀表控制室等不易移動(dòng)的建構(gòu)筑物,采用在圍堰周圍設(shè)置高倍數(shù)泡沫滅火裝置。優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果表明,相較于優(yōu)化設(shè)計(jì)前,站內(nèi)設(shè)施所受輻射熱通量大幅下降,范圍約在40%～95%之間。
【圖文】：

第１章緒論逡逑１．１研究目的與意義逡逑國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不^u工業(yè)的支持，工業(yè)的發(fā)展促使能量需求量逐年增加。據(jù)《中華逡逑人民共和國(guó)節(jié)約能源法》的定義可知：能源是指煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)能和電力、逡逑熱力以及其他直接或者通過(guò)加工、轉(zhuǎn)換而取得有用能的各種資源ｍ。２０１７年６月，北京逡逑舉行的《世界能源藍(lán)皮書：世界能源發(fā)展報(bào)告（２０１７）》中提出“天然氣人民幣”概念｜２１。逡逑近幾年，由于污染少、熱能高、使用方便安全等特點(diǎn)，天然氣在我國(guó)一次能源的消費(fèi)中逡逑占比逐年上升。預(yù)汁在２０２０年將達(dá)到１０％以上，總體呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)趨勢(shì)。在大氣壓逡逑下，將天然氣冷卻至－１６２°（＾后，天然氣由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，即液化天然氣（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ逡逑Ｎａｔｕｒａｌ邋Ｇａｓ，ＬＮＧ）。ＬＮＧ無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且尤腐蝕性，其體積約為同質(zhì)量天然氣體逡逑積的１／６２５，質(zhì)量?jī)H為同體積水的４５％左右，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸｜３１。因此，越來(lái)越受到人逡逑們的關(guān)注。逡逑８００邋

翁文國(guó)利用ＦＤＳ工具對(duì)３邋ｘ邋３陣列火焰進(jìn)疔不同工況下的數(shù)值模擬研究。以大渦模逡逑擬（ＬＥＳ）研究多火源合并情況。通過(guò)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證ＦＤＳ的精確性，逡逑再利用驗(yàn)證后模型研究方陣尺寸、間距、ＨＲＲ對(duì)池火合并的影響。同時(shí)，分析３ｘ３陣逡逑列合并火焰在２ｍ／ｓ風(fēng)速下的氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)和速度場(chǎng)分布［４８］。逡逑Ｓａｔｏｈ等人在２００７年對(duì)不同小尺寸庚烷池火組成的大型火焰矩陣（１５邋ｘ邋１５－１９邋ｘ邋１９）逡逑火焰合并行為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，隨后利用３Ｄ邋ＵＮＤＳＡＦＥ對(duì)更大的火焰矩陣（４８邋ｘ邋４８）進(jìn)逡逑行模擬研究。發(fā)現(xiàn)ＣＦＤ火焰模擬出的合并火焰的剖面圖和臨界合并距離等結(jié)果與實(shí)驗(yàn)逡逑測(cè)量基本一致，，當(dāng)總熱釋放能０邋Ｓ邋５０００ｋＷ時(shí)，方陣火焰無(wú)量綱臨界距離５７Ｚ）在３￣４之逡逑間；當(dāng)０＞５ＯＯＯｋＷ時(shí)，臨界間距Ｓ／Ｄ為２．３【５２１。逡逑２０１４－２０１７年印度學(xué)者Ｖａｓａｎｔｈ等人進(jìn)行了幾組多池火ＣＦＤ數(shù)值模擬研究［５３＿５５］。以逡逑ＡＮＳＹＳ邋ＦＬＵＥＮＴ－１２．０為工具，Ｆｕｋｕｄａ實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為對(duì)象。采用標(biāo)準(zhǔn)ｋ湍流模型、渦耗逡逑散概念（Ｅｄｄｙ邋Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ邋Ｃｏｎｃｅｐｔ，ＥＤＣ）燃燒模型、Ｐ－１輻射模型等，模擬池火尺寸、逡逑水平和豎直間隔距離等因素對(duì)多池火燃燒速率的影響［５３，５４］。隨后，Ｖａｓａｎｔｈ又以ＶｉｎＣｅｎｔ［５６］逡逑進(jìn)行的多燃料多池火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，懫用標(biāo)準(zhǔn)湍流模型、Ｐ－１輻射模型等建立相逡逑應(yīng)的ＣＦＤ模型，模擬不同燃料對(duì)多池火火焰溫度和輻射強(qiáng)度影響［５５】。但Ｖａｓａｎｔｈ所建的逡逑
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE88

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2635915