【《各影响因素对天然气泄漏扩散的影响作用模拟仿真分析案例》2000字】

各影响因素对天然气泄漏扩散的影响作用模拟仿真分析案例1.泄漏速率影响（1）气体扩散过程分析以压缩机房压缩机处发生天然气泄漏为例，分别选取1.8kg/s、32kg/s以及65kg/s三种不同泄漏速率，进行压缩机房天然气泄漏模拟，其它参数保持一致。泄漏点位置在压缩机房的压缩机设备（150,231,3）处，泄漏方向沿+X（东）方向。取年平均风速为2m/s，风向为常风向。可燃气云分布规律如下图所示：（a）1.8kg/s对应可燃气云分布（b）32kg/s对应可燃气云分布（c）65kg/s对应可燃气云分布图1.7三种速率条件下的压缩机房可燃气体分布XZ轴图（t=25s）Fig.1.7ChangecurveofgascloudvolumeofleakingnaturalgasinCompressorroom图1.7为1.8kg/s、32kg/s以及65kg/s三种泄漏速率下处于爆炸极限5.1%~11.2%内的可燃气体分布图。不同泄漏速率下天然气扩散具有相似规律，即天然气在泄漏点处发生喷射泄漏，扩散过程呈现膨胀趋势，在无阻挡环境下迅速达到浓度稳定。在天然气泄漏扩散过程中，天然气泄漏速度与浓度在泄漏点位置最大，并随着扩散距离的增大呈现减小趋势。随着泄漏速率的增大，处于爆炸极限的气体云体积以及各方向最大长度随之增大。当泄漏速率由1.8kg/s增加至32kg/s时，可燃气云扩散过程因受到墙壁的阻挡作用发生积聚，造成障碍物附近可燃气云形状发生改变，呈现出沿阻挡面扩散的变化趋势。如图1.8所示，对应的可燃气云体积为3.31m3增加至13157m3，由此可见，泄漏速率对可燃气云体积的影响较为明显，可燃气云体积会随着泄漏速率的增大而增大。而当泄漏速率由32kg/s增加至65kg/s时，由于泄漏速率过大，短时间内造成大量天然气泄漏，形成积聚且浓度较高，致使大量天然气浓度超过11.2%的爆炸上限，所以图（c）比图（b）所显示出来的可燃气云体积要小很多。当泄漏速率达到65kg/s时，整个房屋都弥漫着大量高浓度的气云，但只有一部分符合爆炸极限5.1%~11.2%内的可燃气云才会在图中显示出来。图1.8不同速率下的Q9图Fig.1.8FigureQ9atdifferentrates（2）监测点浓度分析可燃气体泄漏后形成气体云分布后，气体浓度处在爆炸极限范围内的区域遇到着火点会发生爆炸灾害。FLACS中采用ER来确定处于爆炸极限范围内的区域。ER是指可燃气体体积/氧气体积在真实情况下与化学计量情况下的比值。当ER=1，意味着实际情况下可燃气体体积与氧气的体积比为化学计量充分反应时的比例，此时爆炸产生的超压数值最大。图1.9泄漏点附近的27个监测点Fig.1.927monitoringsitesnearthespillsite如图1.9所示，通过在靠近压缩机泄漏点范围内设置27个监测点，来观察天然气可燃气云在不同监测点的浓度变化规律。图1.10为所设置的不同泄漏速率下的27个监测点ER值，通过对比可以发现：当泄漏速率为1.8kg/s时，ER值较大的监测点分别是MP12、MP6、MP7；当泄漏速率为32kg/s时，ER值较大的几个监测点分别是MP22、MP23、MP24；当泄漏速率为65kg/s时，ER值较大的几个监测点分别是MP12、MP6、MP7。因此，在靠近MP12、MP6、MP7、MP22、MP23、MP24六个监测点的区域，发生火灾爆炸的风险较高，应该重点防范。具体对应的位置分别是：即沿着泄漏方向距离泄漏点23m的位置；在压缩机房南侧，距离泄漏点10m的位置；以及靠近泄漏源向西8m的位置。（a）1.8kg/s各监测点ER值（b）32kg/s各监测点ER值（c）65kg/s各监测点ER值图1.10不同泄漏速率下的监测点ER值Fig.1.10ERvaluesofmonitoringpointsatdifferentleakagerates2.泄漏方向影响（1）气体扩散过程分析以管道处发生天然气泄漏为例，如图1.11所示为某一时刻泄漏速率为32kg/s条件下，泄漏方向分别为+X（东）、+Y（北）时天然气云分布图。取年平均风速为2m/s，风向为常风向。当天然气从管道连接处（135,148,1）沿+X（东）方向泄漏时，天然气受管道内外压差的影响由泄漏口喷射而出，产生射流，在孔口外形成一个锥形的射流区域，且不受阻碍物的影响，保持该形态至稳定状态。当天然气从管道连接处沿+Y（北）方向泄漏时，由于天然气空冷区装置的阻碍作用而产生上下分叉，形成两股气云沿泄漏方向继续向前扩散。由于设备装置底部是稀疏的架子，上部是庞大的设备，致使天然气云喷射方向下侧的气云扩散速度相对大于上侧气云扩散速度，即上侧可燃气云体积大于下侧可燃气云体积；随后下侧气体继续向前扩散至压缩机房，碰到墙壁之后一边在地面处开始积聚，另一边开始横向扩散至稳定状态。（a）+X（东）泄漏方向可燃气体分布（b）+Y（北）泄漏方向可燃气体分布图1.11不同泄漏方向管道可燃气体分布图（t=25s）Fig.1.11Distributiondiagramofcombustiblegasinpipelineswithdifferentleakagedirections(t=25s)（2）监测点浓度分析如图1.12所示，通过在靠近管道泄漏点范围内设置47个监测点，以观察天然气可燃气云在不同监测点的浓度变化特征。图1.13为所设置的不同泄漏方向下的47个监测点ER值，通过对比可以发现：当泄漏方向沿+X（东）方向时，ER值较大的监测点分别是MP40、MP41、MP42。分别位于泄漏点向东25m、向北2m，高0.5m、3m和向东19m、向北10m处的位置，这个区域爆炸风险较高；当泄漏方向沿着+Y（北）方向时，ER值较大的监测点分别是MP21、MP29、MP30，其对应的具体位置是位于泄漏点向西5m、向北15m和向西1m、向北15m处的区域，该区域发生火灾爆炸事故后果最为严重。图1.12泄漏点附近的监测点布置图Fig.1.12Layoutofmonitoring