复杂地形条件下氨的扩散与风险分析-QRA与CFD技术的融合应用课件

中文题目：复杂地形条件下氨的扩散与风险分析——QRA与CFD技术的融合应用英文题目

:

AmmoniaDispersionincomplexterrainandrisk

analysis-

Integrated

ApplicationofQRAandCFDTechnology第二届中国国际（杭州）化工过程安全管理（PSM）最佳实践研讨会2China

International

(Hangzhou)

SymposiumonChemical

ProcessSafety

Management

(PSM)

Best

Practicesnd第二届中国国际（杭州）化工过程安全管理（PSM）最佳实践研讨会Part01

D

NV

介

绍Part03如

何

准

确

分

析

氨

的

安

全

-Q

RA

和

CFD

技

术

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例

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实

验

项目

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02

氨

的

特

殊

之

处

以

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其

在

能

源

转

型

中

的

作

用我们的价值观值得信赖的声音，应对全球变革我们的宗旨保护生命，

财产和环境D

NV

（挪

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船

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是

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的

独

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险

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公

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MAY2024D

NV第二届中国国际（杭州）化工过程安全管理（PSM）最佳实践研讨会2China

International

(Hangzhou)

Symposium

onChemical

ProcessSafety

Management

(PSM)

Best

Practicesnd能源咨询,发证，认证，检验和风电场监测5%

R&D年收入

船舶和海工入级和咨询服务100+国家和地区管理系统发证,供应链，安全保证软件，平台和数字化解决方案160年第二届中国国际（杭州）化工过程安全管理（PSM）最佳实践研讨会2China

International

(Hangzhou)

Symposium

onChemical

ProcessSafety

Management

(PSM)

Best

Practicesnd管道可再生能源&海工数据管理&分析服务D

NV

数

字

化

解

决

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案DNV

数字化服务部公众号工厂生态系统QHSE船舶电网Part02

氨

的

特

性●

氨的主要用途是氮肥、制冷剂、化工原料。在绿色转型中，

氨也被视为能源运输的可行候选者，因为它具有比液氢更高的体积能量密度。●

氨在相对低浓度下就具有毒性。根据美国国家职业安全卫生研究所（NIOSH）

的数据，

其立即威胁生命和健康浓度（IDLH）

为300

ppm。当人体暴露于10,000

ppm的氨气浓度下60分钟时，

致死率高达60%。●

氨易燃易爆，

具有较广的爆炸浓度范围，

通常控制在15%~28%之间。●

在1个大气条件下，

氨气(NH3)的摩尔质量为17.03

g/mol，

且其密度比空气轻。●

通过实验观察发现，

液氨泄漏时会形成浓密的气体云。当这些液滴在到达地面之前蒸发时，

它们会从空气中吸收蒸发热，

从而形成比周围空气密度更大的冷气体混合物。

第二届中国国际（杭州）化工过程安全管理（PSM）最佳实践研讨会2China

International

(Hangzhou)

Symposium

onChemical

ProcessSafety

Management

(PSM)

Best

PracticesndPart

02

氨

的

特

性●

氨很容易溶于水。在意外泄漏的情况下，

水幕和气体探测器可以有效地起到缓解作用。1

个标准大气压下的沸点-

3

3

.

3

de

g

C摩尔质量1

7

.

0

3

g

/

mol氨的标准比热容21

5

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.

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J/

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kg

·

K

)沸点温度下气体密度0.

8

5

kg

/

m

3蒸发热

（液氨在标准蒸发温度（即-

3

3

.

3

°

C

）

下转变为气态

氨时所需的热量）1

3

7

0KJ/

kg第二届中国国际（杭州）化工过程安全管理（PSM）最佳实践研讨会2China

International

(Hangzhou)

Symposium

onChemical

ProcessSafety

Management

(PSM)

Best

Practicesnd但具体变化程度取决于技术进步和政策导向。●

非能源需求：●氨还是许多化学品（如塑料和其他化学品）

生产的重要原料。●随着这些产品需求的上升，

氨的非能源需求也将增长Part02中

国

能

源

转

型

中

氨

的

作

用●中国将脱碳和清洁能源产业视为未来的增长引擎。●

交通：●氨和合成燃料被视为交通运输领域的重要能源载体，

尤其是对于那些难以实现电气化的领域，

如航运和航空。交通领域的氨和合成燃料需求将增长。●

制造业：●氨也被用于制造业的其他能源用途，

包括发电和建筑业需求。●随着中国制造业向更高技术、更先进的制造业转型，

氨的需求可能会发生变化，第二届中国国际（杭州）化工过程安全管理（PSM）最佳实践研讨会2China

International

(Hangzhou)

Symposium

onChemical

ProcessSafety

Management

(PSM)

Best

PracticesndPart03

如

何

准

确

分

析

氨

的

安

全

-

Q

RA

和

CFD

技

术

相

互

结

合●

当地形与扩散流体发生相互作用（或存在热辐射屏蔽）

时，

气体的扩散行为会变得尤为复杂。具体来说：●稠密的气体会在爬坡时扩散的距离更短，

而在下坡时则能传播得更远。●气体可能会被墙壁等障碍物挡住，

从而改变其扩散方向。●在某些情况下，

气体甚至

可以向与风相反的方向传播●气体还会沿着狭窄的街道、缝隙、山谷、沟壑、隧道和排水沟等低洼地带行进。●中性浮力气体在狭窄的间隙中也能传播得更远，因为这些间隙会限制羽流向侧面扩散。●

此外，

大孔径泄漏对外围风险等值线（通常在1e-5至1e-7范围内）

的贡献最大。与小泄漏相比，

大孔径泄漏更容易受到地形和建筑物结构的影响。因此，

如果我们要将CFD

（计算流体动力学）

和Safeti模型组合到相同2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Safety

Management(PSM)Best

Practices的风险等高线中。

CFD场景应特别关注大孔径泄漏的情况，

以确保模拟结果的准确性和可靠性。Safety

Management(PSM)2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

PracticesCFD

场

景

输入

：地形和

工

厂的

3D

模型以

及

风

玫

瑰Safety

Management(PSM)氨

大

孔

径

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：1分

钟

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m

扩

散

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围•本

次

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小

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用

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进

行模拟，

中孔径和大孔径计算使用的是场景使用的工具泄漏计算S

a

f

e

ti泄漏频率S

a

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ti小孔径泄漏后果模拟S

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China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

PracticesK

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析

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故

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布、

风

频、

点

火

概

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以

及

脆

弱

度

（涵

盖

人口密集区与建筑物

）

等多重因素

，

通过科学的计算方式

，

精确获取个人风险

、

社会风险以及潜在伤亡人数等关键数据

，

为决策层提供坚实的数据支持

。KFX

全

球

第

一

款

专

业

火

灾

仿

真

CFD

模

拟

软

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拟

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，

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人

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分

析

（包

括

逃

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路

线

的

分

析

及

设

计

，

以

及烟气对人员的影响等

）

，

优化安全系统的布置

（包括气体和火灾探测系统的布局设计

，

防火系统的设计和优化等

）

，

还能对火炬及燃烧设备进行分析与设计

（对各种火炬及燃烧设备中的燃烧进行模拟及分析）

，

同时支持通风

、

气体扩散

、

湍流以及常规热力学分析

。EX

SIM

全

球

领

先的

CFD

爆

炸

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真

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析

，

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验

证

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Management(PSM)PHA

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散、

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池的

形

成

及其

蒸

发

流

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（如

喷

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火、

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火、闪

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以

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多

种

爆

炸

形

式

（包

括BLEVE

沸

腾

液

体扩展蒸气云爆炸

、

蒸气云爆炸

、

室内爆炸

）

，

甚至还能进行毒性伤害评估

，

确保全面覆盖各类潜在的风险

。2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

PracticesSafety

Management(PSM)K

FX通过将上一页幻灯片计算的云团导入到下面的计算公式中，计算毒性死亡概率。pr=

A+

B

×

ln

(Ltoxic

)A和B是物料的毒性属性2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

Practices示例值：对于氨A

=

-16.21B

=

1Safety

Management(PSM)•我们利用KFX软件模拟了102个瞬态释

放案例。针对每一种情况，

系统都会自动生成一张有毒地图，

这些地图能够清晰地展示出基于暴露时间的毒性死亡率。2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

Practices2nd

China

International(Hangzhou)SymposiumRefLoopOff_rLarge_CjS_Ese3

mical

2P.04Er-0o6RcefLeoospOsff_rLSargae_j_ewEts3y

Mana2.0E-6

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op

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Best

2P.04Er-0a6cticesThiscase

(V501)willbe

taken

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Safeti,

thisisdue

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thesegmentation

update(input

fromHorisont)and

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inthevapourpartof

thesystem.In

SafetiitisranasaflammablecaseV502_rLarge_jS_wNNWs32.84E-05

V502_rLarge_jS_wNNWs75.68E-05V502_rLarge_jS_wSs3

1.72E-04V502_rLarge_jS_wWs3

2.45E-05V502_rMedium_jS_wNNWs1

2.53E-03V502_rSmall_jS_wNNWs19.33E-03V503_rLarge_jS_wEs3

1.59E-05V503_rLarge_jS_wNNWs1

1.62E-05V503_rLarge_jS_wNNWs33.18E-05V503_rLarge_jS_wNNWs76.02E-05RefLoopOn_rLarge_jS_wNNWs1RefLoopOn_rLarge_jS_wNNWs3RefLoopOn_rLarge_jS_wNNWs7RefLoopOn_rMedium_jS_wNNWs1

V502_rLarge_jS_wEs3V502_rLarge_jS_wNWs1V502_rLarge_jS_wNWs3V502_rLarge_jS_wSs3V502_rMedium_jS_wNWs1V502_rMedium_jS_wWs3V502_rSmall_jS_w

NWs1V502_rSmall_jS_w

NWs7V502_rVlarge_jS_wNNWs1V503_rLarge_jS_wEs3V503_rLarge_jS_wNWs1V503_rLarge_jS_wNWs3V503_rLarge_jS_wNWs7V503_rLarge_jS_wSs3V503_rMedium_jS_wNWs1V503_rSmall_jS_w

NWs1V503_rVlarge_jS_wNWs71.93E-06

RefLoopOff_rLarge_jS_wNNWs1

3.64E-06

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7.28E-06

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2.20E-05

RefLoopOff_rLarge_jS_wSs33.

14E-06

RefLoopOff_rLarge_jS_wWs3RefLoopOff_rMedium_jS_wEs3RefLoopOff_rMedium_jS_wNNWs1

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14E-06

RefLoopOff_rLarge_jS_wWs2.71E-052.77E-055.42E-051.03E-043.20E-048.77E-054.97E-049.45E-078.91E-075.05E-061.45E-06RefLoopOff_rLarge_jS_wNNWs1RefLoopOff_rLarge_jS_wNNWs3RefLoopOff_rLarge_jS_wNNWs7RefLoopOff_rLarge_jS_wSs3RefLoopOff_rLarge_jS_wWs3RefLoopOff_rMedium_jS_wEs3RefLoopOff_rMedium_jS_wNNWs1RefLoopOff_rMedium_jS_wNNWs3RefLoopOff_rMedium_jS_wNNWs7RefLoopOff_rMedium_jS_wSs3

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RefLoopOn_rVLarge_jS_wEs3•

根据Safeti模型，为每个释放场景分配一个频率1.26E-042.46E-044.66E-041.88E-027.83E-058.12E-064.60E-052.38E-056.31E-046.31E-042.33E-032.33E-032.31E-057.96E-068.11E-061.59E-053.01E-059.90E-051.26E-034.67E-032.67E-06V501_rLarge_jS_wNNWs1

V502_rLarge_jS_wEs3

1.59E-05V502_rLarge_jS_wNNWs1

1.50E-051.93E-063.64E-067.28E-062.20E-053.14E-061.36E-051.38E-057.84E-051.60E-048.43E-044.73E-074.46E-078.42E-071.68E-065.10E-067.26E-071.88E-041.29E-041.31E-042.58E-044.87E-041.52E-036.10E-034.85E-042.75E-037.86E-078.01E-071.57E-062.97E-069.28E-06RefLoopOn_rVLarge_jS_wNNWs3RefLoopOn_rVLarge_jS_wNNWs7

RefLoopOn_Vlarge_jS_wWs32.00E-041.89E-043.57E-047.14E-042.16E-033.08E-045.23E-032.96E-028.51E-034.63E-05RefLoopOn_rVLarge_jS_wNNWs1

4.37E-058.25E-051.65E-047.11E-05Safeti软件生成的风险等高线Safety

Management(PSM)2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

Practices删除了

102个K

FX

场景后

，

Safeti生成的个人风险等高线Safety

Management(PSM)2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

PracticesSafety

Management(PSM)2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

Practices102

K

FX

场景下生成的个人风险等高线最终将Safeti和K

FX相互融合下生成的个人风险等高线Safety

Management(PSM)2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

Practices此项研究为我们带来了哪些重要的启示呢？•首先，

我们深入了解到重气云会受到地形和环境的显著影响，因此，

我们需要尝试采用更加科学、精确的方法来全面分析和理解这些影响因素。•其次，

通过客观对比和分析，

我们清晰地认识到了二维技术和三维技术各自的优势与局限。在此基础上，

我们进一步研究了将这两种技术相结合的可行性和具体路径，这为今后实现KFX与SAFETI的完整融合指明了明确的技术方向。•最后，

针对氨这种易溶于水的物质，

我们发现了水幕在缓解风险过程中的重要作用。因此，

建议用户可以尝试使用KFX-Deluge模型，

通过模拟来深入分析和评估水幕

对氨扩散的实际影响，

从而为风险防控提供更加有力的支持。Safety

Management(PSM)2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

PracticesSafety

Management(PSM)Part

04

正

在

进

行

的

J

IP

旨

在

改

进

K

FX

软

件●

确保能够精确模拟氨的各种行为特性，

从而实现安全保障和风险的有效缓解。●

需要将经过增强的氨模拟功能整合进CFD

（计算流体动力学）

模型中，

以便为氨的运输和储存过程提供更为准确的安全分析。●

这些经过精细构建的模型，

在氨基础设施的安全规划与部署中扮演着至关重要的角色。●

我们的研究重点集中在释放源项的精确描述、氨与水之间复杂相互作用的模拟、扩散现象的准确捕捉以及湍流流动的建模与验证等多个方面。2nd

China

International(Hangzhou)Symposiumon

Chemical

Process

Best

PracticesSafety

Management(PSM)Part

04

正

在

进

行

的

J

IP

旨

在

改

进

K

FX

软

件●

合作方

:

Equi

nor,

Vår

Energi

a

nd

Horisont

Energi●

举例来说，

该模型现在可以用于模拟吸收氨的水幕，为评估水幕在缓解氨泄漏风险方面的效果提供了有力的工具。●

主要研究成果包括：●

成功开发了拉格朗日两相喷雾模型，

该模型能够模拟液态源中的氨以多相形式进行释放。这涵盖了氨液滴在空气中的蒸发过程、液滴落地后的行为以及液池的形成与后续蒸发等多个环节。●

此外，

我们的多相释放模型也