天然气压缩机房泄爆设计研究

发布时间：2017-10-28 03:31

  本文关键词：天然气压缩机房泄爆设计研究

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【摘要】：天然气压缩机是天然气输配中常见的动设备,设于压缩机房内,失效频率较高,极易引发火灾爆炸事故,给周围环境和群众生命财产安全带来极大的威胁。因此,开展天然气压缩机房泄爆研究,对于控制火灾爆炸事故及减小事故危害具有重要的实际意义和科研价值。本文建立了天然气压缩机房爆炸泄压数值模型,分析其泄爆特征及影响规律,针对天然气压缩机房泄爆设计存在的实际问题,参考相关泄爆技术标准,提出了天然气压缩机房泄爆优化设计方法,可有效指导天然气压缩机房的泄压设计。对此本文开展了以下几方面的研究：(1)利用预先危险性分析(PHA)法,对天然气压缩机房燃烧爆炸危险性进行了分析。结果表明,天然气压缩机房燃烧爆炸事故主要由设计、制造、安装和维护不合理,气体泄漏、高温高压下积炭自燃、液体冲击、误操作和违章作业等引起,易导致灾难性事故,需采取有效的预防与减灾措施。(2)借助于FLACS软件,建立了天然气压缩机房爆炸泄压数值模型。对网格敏感性进行分析,确定了较优网格数。利用已发表的文献数据对爆炸泄压模型进行了有效性验证,结果表明,数值模拟结果与文献数据基本吻合,最大误差为-5.2%,属于工程可接受范围,验证了本文采用数值模拟方法的适用性和准确性。(3)基于本文建立的天然气压缩机房爆炸泄压数值模型,计算分析了点火位置对泄爆超压峰值的影响,选取了超压峰值最大的点火源作为本文后续计算的点火初始条件。设置不同的事故场景,对压缩机房内充满当量比浓度甲烷-空气混合气体条件下的爆炸泄压过程进行了数值模拟,分析了泄爆过程基本特征,结果表明：压缩机房内爆炸压力、升压速率及火焰温度分布是不均匀的；在同一个水平面上,爆炸超压峰值、最大升压速率、最高火焰温度呈现出中间位置高,两边位置低的分布规律；爆炸超压峰值、最大升压速率、最高火焰温度在竖直方向上随高度的增加而增大；在泄压口附近墙壁内侧受负压影响较大。(4)利用本文建立的天然气压缩机房爆炸泄压数值模型,模拟了不同泄压面积比、压缩机房长径比、泄压板开启压力及泄压板单位面积质量下压缩机房爆炸泄压过程,分析了各因素对泄爆超压峰值、负压峰值、最大升压速率及火焰最高温度的影响规律。结果表明：泄爆超压峰值、负压峰值、最大升压速率及火焰最高温度随泄压面积比的增加逐渐减小,到达0.5后趋于平缓；泄爆超压峰值、负压峰值与泄压板开启压力近似的呈线性递增关系,最大升压速率及火焰最高温度随泄压板开启压力的增加而增大,当开启压力大于0.2barg时,增加较快；泄爆超压峰值、负压峰值、最大升压速率及火焰最高温度随压缩机房长径比的增加而增大,长径比大于3时,增长较快；泄压板单位面积质量在60kg·m-2范围内,对泄爆超压峰值、负压峰值、最大升压速率及火焰最高温度的影响较小。(5)利用正交试验方法制定了因素敏感性模拟分析方案,以爆炸超压峰值为评价标准,采用改进灰色关联度方法分析了泄压面积比、泄压板开启压力、压缩机房长径比、泄压板单位面积质量对爆炸超压峰值影响的重要程度。结果表明,各影响因素对超压峰值的影响程度依次为：泄压板开启压力、泄压面积比、压缩机房长径比、泄压板单位面积质量。(6)模拟结果与标准NFPA68-2013、EN 14994-2007及GB50016-2014进行了对比,结果表明,这三种技术标准都能保证有效泄压面积,但是NFPA68-2013与GB50016-2014过于保守。参考国外标准,结合我国生产技术,对GB50016-2014提出了相应的修订建议：泄压比C的取值过于保守,危险物质应作详细分类,对甲烷气体最小C值可取0.05；泄压板开启压力对泄爆影响程度较大,国标应加入对泄压板开启压力的规定,开启压力不应大于0.2barg；天然气压缩机房长径比不应大于3.0；泄压板单位面积质量不宜超过50kg.m-2。(7)针对天然气压缩机房泄压设施可能存在的无法满足GB50016-2014最小要求泄压面积及厂房共振问题,基于CFD技术及模态分析方法,建立了可保证有效泄压防止共振的天然气压缩机房泄爆优化设计方法及流程,给出了具体的优化案例,验证了优化方法的可行性。
【关键词】：天然气爆炸 压缩机房 泄爆特性 数值模拟 优化设计
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU996
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 研究目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-21
• 1.2.1 可燃气体爆炸机理10-13
• 1.2.2 泄爆影响因素13-18
• 1.2.3 泄爆设计方法18-21
• 1.3 主要研究内容与技术路线21-23
• 1.3.1 主要研究内容21-22
• 1.3.2 技术路线22-23
• 1.4 主要创新点23-25
• 第2章 天然气压缩机房危险性及泄爆设计分析25-36
• 2.1 引言25
• 2.2 天然气压缩机房爆炸危险性分析25-29
• 2.3 爆炸事故预防与减灾安全技术29-32
• 2.4 燃气泄爆设计标准32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 天然气压缩机房泄爆数值模拟方法36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 数值计算模型36-42
• 3.2.1 基本方程36-37
• 3.2.2 燃烧模型37-38
• 3.2.3 数值方法38-42
• 3.3 天然气压缩机房爆炸泄压模型建立42-46
• 3.3.1 几何模型42-43
• 3.3.2 边界与初始条件43-44
• 3.3.3 时间步长44
• 3.3.4 网格划分44-46
• 3.4 模型验证46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 天然气压缩机房泄爆特性分析48-71
• 4.1 引言48
• 4.2 事故场景设置48-50
• 4.2.1 点火位置的确定48-49
• 4.2.2 事故场景参数设置49-50
• 4.3 泄爆特征分析50-56
• 4.3.1 燃爆过程50
• 4.3.2 压力发展50-52
• 4.3.3 升压速率52-54
• 4.3.4 火焰温度54-56
• 4.4 泄爆影响因素分析56-66
• 4.4.1 泄压面积比的影响56-59
• 4.4.2 泄压板开启压力的影响59-61
• 4.4.3 长径比的影响61-64
• 4.4.4 泄压设施质量的影响64-66
• 4.5 影响因素敏感性分析66-70
• 4.5.1 模拟方案设计66-67
• 4.5.2 灰色关联度计算67-70
• 4.6 本章小结70-71
• 第5章 燃气压缩机房泄爆优化设计方法71-83
• 5.1 引言71
• 5.2 压缩机房泄爆优化设计方法71-74
• 5.3 结构模态验证74-75
• 5.4 优化实例应用75-81
• 5.4.1 工程概况75-76
• 5.4.2 泄爆方案设计76-78
• 5.4.3 优化结构模态验证78-81
• 5.5 本章小结81-83
• 第6章 结论与展望83-85
• 6.1 结论83-84
• 6.2 展望84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-90
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果90

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本文编号：1106504