基于FDS数值模拟的LNG趸船池火危险距离分析

发布时间：2017-09-26 15:03

  本文关键词：基于FDS数值模拟的LNG趸船池火危险距离分析

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【摘要】：近年来，随着“气化长江”、“长江绿色物流创新工程”等长江内河船舶“油改气”项目的逐步推进，液化天然气（LNG）作为一种经济，绿色、安全的新能源逐步被大众所熟知，已被公认为行业绿色能源的未来第一个选择，而其中灌装是天然气（LNG）供应链中关键的一种水路运输方式。如今,在国际上水上加注LNG的方式主要为槽车对船的加注、船对船的加注、海上浮动站对船的加注、岸站对船的加注以及船上整体储罐的替换等。目前比较适用于我国长江上LNG动力船能源供应的加注方案是LNG加注趸船对船的加注。 在LNG加注船上，一旦发生LNG泄漏,由于LNG自身特殊性质,当遇到火源时，会造成LNG火灾甚至是爆炸。而其中LNG油池火灾（LNG pool fire）是最有可能发生、并且最为严重的火灾形式。由于LNG油池火焰对外的辐射作用，当热辐射达到一定值时，会对人员、钢制上层建筑及陆上建筑造成不可估量的损伤。而且在LNG油气趸船上油舱内储存着燃油，，当发生LNG火灾造成周围环境温度骤增时，若是油舱温度上升至燃油自燃温度之上时，会使燃油自燃并发生油舱火灾。 为了研究LNG池火灾时期的火焰热辐射影响，本文利用计算机模拟的方法分析LNG油池火灾的过程及影响，并分析火焰热辐射随辐射距离变化规律。 本文首先选用5组不同直径的LNG液池作为研究的对象，并利用建模软件Pyrosim对这5组LNG池火灾进行3D建模。通过查阅LNG自身性质及LNG池火灾相关国内外资料及文献，确定LNG池火灾相关参数，设置不同LNG池火反应情景。通过火灾动力学模拟分析软件FDS来模拟LNG池火灾辐射影响，重点研究火焰辐射随辐射距离变化规律，计算特定辐射值下的火焰辐射距离，并与已有的实体火焰模型计算得到的火焰辐射距离对比，分析FDS计算结果的误差及准确性，并得到FDS模拟计算较实体火焰模型优势，阐明本文选用FDS软件计算热辐射的原因。然后通过分析得到钢制上层建筑、陆上建筑及人员所能承受的临界热辐射通量值，利用FDS软件计算尺寸为27.5m×12.9m×0.9m的趸船LNG液池在临界热辐射值下的辐射距离，确定趸船上层建筑、陆上建筑及人员布置的最小安全距离。 最后通过建立主尺度为90m×12m×3m的LNG油气加注趸船模型，并通过FDS软件模拟计算钢制上层建筑接收的热辐射值，以验证最小辐射安全距离计算结果的准确性。同时通过FDS软件模拟趸船油舱升温情况，提出油舱安全布置意见，为类似的趸船火灾问题提供借鉴意义。
【关键词】：LNG趸船 LNG 油池火灾 FDS软件 热辐射
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.249
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究目的及意义10-12
• 1.1.1 研究目的10-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 国内外的研究现状12-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 1.4 研究方法和技术路线16-18
• 1.4.1 研究方法16
• 1.4.2 技术路线16-18
• 第2章 LNG 危险性及火灾热辐射危害18-31
• 2.1 LNG 的特性18-20
• 2.1.1 LNG 的可燃性18-19
• 2.1.2 LNG 膨胀性及比重19
• 2.1.3 LNG 的蒸发性19
• 2.1.4 LNG 的低温及热值特性19-20
• 2.1.5 LNG 的灭火性能20
• 2.2 LNG 火灾20-23
• 2.2.1 LNG 火灾类型20-22
• 2.2.2 LNG 火灾燃烧条件22-23
• 2.3 LNG 火灾特点23-24
• 2.3.1 突发性强、燃烧速度快23-24
• 2.3.2 火焰温度高、热辐射强24
• 2.3.3 爆炸危险性大24
• 2.3.4 具有复燃、复爆性24
• 2.4 LNG 池火灾主要参数24-26
• 2.4.1 LNG 质量燃烧速率24-25
• 2.4.2 LNG 热释放速率25
• 2.4.3 LNG 池火火源高度25-26
• 2.4.4 LNG 火源倾斜角26
• 2.5 LNG 火灾热传递原理26-28
• 2.6 LNG 火灾热辐射危害原理28-31
• 2.6.1 LNG 热辐射破坏准则28
• 2.6.2 人员可接受的热辐射28-30
• 2.6.3 钢结构建筑物可接受的热辐射30-31
• 第3章 火焰热辐射模型计算及分析31-62
• 3.1 LNG 火灾热辐射半经验模型介绍32-34
• 3.1.1 点源模型32-33
• 3.1.2 实体火焰模型33-34
• 3.2 FDS 基本原理与模型34-36
• 3.3 FDS 求解模型36-38
• 3.3.1 湍流模型36-37
• 3.3.2 燃烧模型37-38
• 3.3.3 热辐射模型38
• 3.4 模型建立及数值模拟38-62
• 3.4.1 LNG 参数设定38-39
• 3.4.2 LNG 油盘火源设定39-40
• 3.4.3 模拟区域与网格划分40-41
• 3.4.4 LNG 池火模拟模型及结果分析41-56
• 3.4.5 FDS 计算结果分析56-62
• 第4章 基于 FDS 的 LNG 油气趸船火灾危险距离分析62-74
• 4.1 趸船热辐射距离计算62-66
• 4.1.1 LNG 油气趸船布置62
• 4.1.2 趸船 LNG 液池模型参数设置62-64
• 4.1.3 LNG 液池辐射安全距离计算64-66
• 4.2 LNG 油气趸船安全布置分析66-73
• 4.2.1 油舱危险性分析66
• 4.2.2 LNG 油气趸船模型计算及分析66-73
• 4.3 LNG 油气趸船安全布置建议73-74
• 第5章 结论与展望74-77
• 5.1 主要结论74-75
• 5.2 主要创新点75
• 5.3 今后研究展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果81-82
• 附录82-93
• 表 182-83
• 表 283-84
• 表 384-86
• 表 486-89
• 表 589-92
• 表 692-93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：924150