【《天然气可燃气云扩散的模拟仿真分析案例》1600字】

天然气可燃气云扩散的模拟仿真分析案例1.管道可燃气云扩散规律（1）气体扩散过程分析以泄漏速率32kg/s、在东北风常风速2m/s的工况下为例，分析管道处可燃气云的扩散过程。可燃气体泄露点为（135,148,1）沿着+X（东）方向高速喷出。可燃气云发展规律如下图所示：（a）t=6s（b）t=7s（c）t=8s（d）t=9s（e）t=10s（f）t=15s图1.3管道泄漏天然气可燃气云发展过程Fig.1.3Pipelineleakageofnaturalgasgasclouddevelopmentprocess由图1.3可知，可燃气体开始由管道（135,148,1）处沿着+X（东）方向高速喷出，以泄漏孔为中心向上部空间以及周围方向迅速扩散。5s时管道周围聚集了大量高浓度甲烷气体，可燃气云空间体积为151.54m3；在风向作用下，可燃气云开始向-Y方向偏移，并与周围空气逐渐混合，不断向周围大气中扩散。周围大气也会在粘性作用下随着泄漏气体一起流动，形成湍流。泄漏发生后0~10s时间段内，可燃气体扩散范围迅速增大，20s后扩散范围蔓延速度逐渐变慢，40s后基本稳定，扩散范围达到最大。（2）可燃气云体积分析图1.4管道泄漏天然气可燃气云体积变化曲线Fig.1.4Changecurveofgascloudvolumeofpipelineleakagenaturalgas如图1.4所示，扩散初期0~15s时间段内，可燃气云的空间体积呈明显的上升趋势。15s后，可燃气云体积有一个起伏波动，可能由于风速的原因，致使天然气短时间扩散，可燃气云体积变小。由于来风气流比较稳定，风速对井喷天然气扩散行为的影响作用比较微弱，天然气自身因密度小，浮力起主导作用，导致可燃气云上部空间发展。同时向下风方向发生一定倾斜，横向方向扩散范围继续增大，因此空间体积持续增加，在40s后基本保持平稳状态。2.压缩机房可燃气云扩散规律（1）气体扩散过程分析以泄漏速率65kg/s、在东北风常风速2m/s的工况下为例，分析压缩机可燃气云的扩散过程。可燃气体泄露点为（150,231,3）,沿着-Y（南）方向高速泄漏。可燃气云发展规律如下图所示：（a）t=5s（b）t=15s（a）t=25s（b）t=35s图1.5压缩机房泄漏天然气可燃气云发展过程Fig.1.5ThedevelopmentprocessofgascloudofleakingnaturalgasinCompressorroom由1.5可知，压缩机房可燃气体泄漏及扩散过程可以根据其不同的扩散特点分为四个阶段：向前喷射阶段、触墙反弹阶段、快速传播阶段与稳定传播阶段。向前喷射阶段：可燃气体由压缩机（150,231,3）处沿着-Y（南）方向高速泄漏至压缩机房墙体处，历时约0.2s。该阶段气体传播过程中，扩散轨迹主要受初始泄漏方向-Y（南）影响。触墙反弹阶段：扩散气体到墙体后受到阻拦及反射作用后改变方向，同时受到风速影响，开始斜向上扩散的过程。在该过程中，泄漏气体到墙体后开始向四周扩散。由于在短时间内泄漏点下方的设备区域聚集大量泄漏气体且扩散方向不一致，因而产生湍流，扩散速度加快。横向方向上，可燃气体扩散至旁边另一台压缩机附近，遇阻后运动方向改变开始斜向上传播。纵向方向上，在风力及浮力作用下大量可燃气体斜向上传播并在25s左右扩散至房屋顶端。快速传播阶段：大量气体触地反射斜向上传播后至气体逐渐覆盖整个房屋上部的阶段。在该气体传播过程中，湍流效应不断加强。一方面，在气体不断沿纵向传播过程中周围大气受粘性作用随之开始运动产生湍流；另一方面，气体在传播过程中由于障碍物的阻碍作用亦会形成不规则运动。因而，受湍流运动影响气体传播速度逐渐增大，传播范围快速扩大。稳定传播阶段：可燃气体在快速扩散之后各区域气体浓度逐渐达到稳定的气体传播阶段，为整个传播过程的最后一个阶段。在该阶段中，可燃气体已覆盖泵房上部主要结构区域，各方向的最远传播距离逐渐达到稳定。（2）可燃气云体积分析在研究天然气的泄漏扩散时，主要研究可燃范围内气云的变化及运移扩散规律。根据泄漏天然气的组分，计算得到泄漏天然气的爆炸极限5.1%~11.2%。图1.6为天然气泄漏后等效化学当量可燃气体云团体积Q9随时间的变化曲线。由图1.6可知，发生泄漏后，可燃气云体积缓慢上升。在18s时，可燃气体体积达到849.66m3，随后可燃天然气体积在31s的时间范围内急剧上升，可燃气体的体积达到10575m3；之后可燃气体体积在18s的时间范围内快速下降，在67s时，可燃气体体积达到5271.5m3；最后可燃气体体积不再发生剧烈变化，围绕5195.5m3上下波动，说明此时扩散已基本稳定，与天然气扩散