火灾环境下临港石化基地LPG储罐热响应数值模拟
发布时间：2020-12-15 18:39
液化石油气(LPG)具有热值较高、清洁、方便储存和运输的特性,在人们的生活和社会生产活动中应用越来越广泛。然而,尽管在储运和使用中都采取了严格的防护措施,LPG泄漏引发的火灾和爆炸事故仍然屡见不鲜,尤其是临港石化基地,储存着大量的液化石油气等石油化工产品,一旦发生火灾、爆炸事故,将会对社会造成极其恶劣的影响。国内外专家学者进行了许多实验、模拟来研究液化气体储罐在火灾环境下的热响应行为,发现除了采取隔热设施和安全阀外,储罐热响应过程中的热分层现象能有效抑制储罐的失效以及发生沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(BLEVE)的风险。所以,研究LPG储罐在火灾环境下的热响应行为,对于预防和控制火灾爆炸事故的发生,改进消防设计,保证设备安全和提高生产效率具有重要的理论价值和指导意义。本文主要进行了以下几个方面的研究工作:(1)对于火灾环境下LPG储罐的热响应行为,提出合理假设,构建数值模型。对火灾环境下临港石化基地LPG储罐的热响应传热机制进行理论分析;确定基本守恒方程,根据模型特点选择合适的湍流流动模型、固壁传热模型、两相流模型以及沸腾相变传热模型,并选择合理的求解方法。(2)根据模型的特点,使用前处理软件...
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LPG储罐的事故链Fig1.1incidentchainofLPGtank
火灾环境下临港石化基地LPG储罐热响应数值模拟20第三章储罐热响应过程模拟计算3.1基本假设因为现场实验具有一定的复杂性且受到各种因素的影响，无法兼顾所有的因素，所以本文在模拟时提出如下假设：（1）气相介质假设均是理想气体。（2）储罐壁面质地均匀并且其物性不随温度发生改变。（3）模拟过程中不考虑安全阀的行为。（4）液相介质的物性参数是温度的函数。（5）储罐内部压力处处相等。3.2物理模型及网格划分3.2.1物理模型本文根据实验设计的容器建立了立式储罐的二维模型，由于模型具有对称性，只需对其横截面的一半进行计算即可，模型为50L的储罐，罐体直径325mm，壁厚8mm，总长度680mm，不设置泄放管，采用标准椭圆封头，包括壁面区、液相区和气相区，几何模型如图3-1所示：图3-1储罐几何模型Fig3.1Tankgeometricmodel根据试验容器的设置，模型中沿着储罐顶部下方自上而下设置了5个监测点
21T0、T1、T2、T3、T4，其中T0、T1、T2为气相区温度监测点，T3、T4为液相区温度监测点，介质温度监测点间距均为120mm，与储罐内侧壁面的距离为100mm。另外，在储罐表面上选取4个等距离的监测点W1、W2、W3、W4，分别与内部的T1、T2、T3、T4处于同一水平，用以监测壁面区域的温度响应规律，图中W1、W2是气相壁面温度监测点，W3、W4是液相壁面的温度监测点，在储罐顶部附近的T0点设置了压力监测点。3.2.2网格划分在构建完几何模型后，需要对其进行网格划分，网格是进行模拟计算的基础，而高质量的网格对于结果的精准度极为重要。使用前置处理软件ICEM进行网格划分，总体按照结构化四面体网格划分，对储罐内壁附近区域的网格加密，增加计算的精确度，网格总数为18532个，封头处的网格划分如图3-2所示：图3-2封头位置及过渡区网格划分Fig3.2Meshgenerationofthehead3.3边界条件和初始条件3.3.1边界条件上述构建的模型是一个不开放区域，只需要考虑内部气体区域与液体区域的对流与相变。因为没有考虑安全阀的行为，不设置泄流管，所以不需要考虑两相介质的出入口问题。在建立的模型中，储罐罐体的内壁面即为储罐内部流体计算区域的边界，故把内部计算区域的边界类型配置为固体，把介质在罐体内表面的流速赋值为0，即将储罐内侧壁面设置为无滑移边界。储罐的内侧壁面是两个区域的共同边界，在传热过程中，外侧壁面将热量传递给内侧壁面，然后内侧表面再将热能传递到储罐内部，所以罐体内侧表面的热通量由壁面的温度和内部温度共同确定得到，而壁面和内部的温度又会随着它们的流场改变而不断改变，故而火灾环境下临港石化基地LPG储罐热响应数值模拟
【参考文献】：
期刊论文
[1]液化石油气槽车事故应急处置研究[J]. 周意浩. 中国公共安全(学术版). 2019(04)
[2]一起燃气爆炸事故的调查和思考[J]. 林勇河,傅荣生. 消防科学与技术. 2016(12)
[3]液化气体储罐爆沸过程的影响因素[J]. 毕明树,杨雪,石剑云,胡洪. 燃烧科学与技术. 2013(01)
[4]喷射火环境下液化气储罐热响应行为数值模拟[J]. 毕明树,任婧杰,车威. 热科学与技术. 2009(04)
[5]锅炉沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(BLEVE)的小尺寸模拟试验[J]. 陈思凝,孙金华,褚冠全,陈先锋. 热能动力工程. 2006(02)
[6]液化石油气储罐火灾模拟试验(一)——池火灾环境下[J]. 邢志祥,赵晓芳,蒋军成. 天然气工业. 2006(01)
[7]液化石油气储罐火灾模拟试验(二)——喷射火焰环境下[J]. 邢志祥,赵晓芳,蒋军成. 天然气工业. 2006(01)
[8]液化石油气储罐对火灾热响应的CFD模拟[J]. 邢志祥,常建国,蒋军成. 天然气工业. 2005(05)
[9]热分层对蒸汽爆炸过程影响的实验研究[J]. 弓燕舞,林文胜,张荣荣,顾安忠,鲁雪生. 工程热物理学报. 2004(06)
[10]液化石油气储罐安全防护方式的比较与选择[J]. 邢志祥,蒋军成,葛秀坤. 油气储运. 2004(05)
博士论文
[1]液化气体的热分层及爆沸机理研究[D]. 石剑云.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]热环境下储罐热响应行为数值模拟研究[D]. 姚智.天津理工大学 2018
[2]火灾环境下临近储罐的热响应过程及防护对策研究[D]. 丁进.大连交通大学 2014
[3]液化气体储罐热响应过程的实验研究[D]. 杨雪.大连理工大学 2012
[4]基于非平衡热力学的LPG储罐热响应模拟研究[D]. 赵博.大连理工大学 2011
[5]LPG储罐在火灾环境中热响应的数值模拟[D]. 车威.大连理工大学 2009
[6]高真空多层绝热低温容器真空丧失试验研究[D]. 杨磊.上海交通大学 2008
本文编号：2918722
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LPG储罐的事故链Fig1.1incidentchainofLPGtank
火灾环境下临港石化基地LPG储罐热响应数值模拟20第三章储罐热响应过程模拟计算3.1基本假设因为现场实验具有一定的复杂性且受到各种因素的影响，无法兼顾所有的因素，所以本文在模拟时提出如下假设：（1）气相介质假设均是理想气体。（2）储罐壁面质地均匀并且其物性不随温度发生改变。（3）模拟过程中不考虑安全阀的行为。（4）液相介质的物性参数是温度的函数。（5）储罐内部压力处处相等。3.2物理模型及网格划分3.2.1物理模型本文根据实验设计的容器建立了立式储罐的二维模型，由于模型具有对称性，只需对其横截面的一半进行计算即可，模型为50L的储罐，罐体直径325mm，壁厚8mm，总长度680mm，不设置泄放管，采用标准椭圆封头，包括壁面区、液相区和气相区，几何模型如图3-1所示：图3-1储罐几何模型Fig3.1Tankgeometricmodel根据试验容器的设置，模型中沿着储罐顶部下方自上而下设置了5个监测点
21T0、T1、T2、T3、T4，其中T0、T1、T2为气相区温度监测点，T3、T4为液相区温度监测点，介质温度监测点间距均为120mm，与储罐内侧壁面的距离为100mm。另外，在储罐表面上选取4个等距离的监测点W1、W2、W3、W4，分别与内部的T1、T2、T3、T4处于同一水平，用以监测壁面区域的温度响应规律，图中W1、W2是气相壁面温度监测点，W3、W4是液相壁面的温度监测点，在储罐顶部附近的T0点设置了压力监测点。3.2.2网格划分在构建完几何模型后，需要对其进行网格划分，网格是进行模拟计算的基础，而高质量的网格对于结果的精准度极为重要。使用前置处理软件ICEM进行网格划分，总体按照结构化四面体网格划分，对储罐内壁附近区域的网格加密，增加计算的精确度，网格总数为18532个，封头处的网格划分如图3-2所示：图3-2封头位置及过渡区网格划分Fig3.2Meshgenerationofthehead3.3边界条件和初始条件3.3.1边界条件上述构建的模型是一个不开放区域，只需要考虑内部气体区域与液体区域的对流与相变。因为没有考虑安全阀的行为，不设置泄流管，所以不需要考虑两相介质的出入口问题。在建立的模型中，储罐罐体的内壁面即为储罐内部流体计算区域的边界，故把内部计算区域的边界类型配置为固体，把介质在罐体内表面的流速赋值为0，即将储罐内侧壁面设置为无滑移边界。储罐的内侧壁面是两个区域的共同边界，在传热过程中，外侧壁面将热量传递给内侧壁面，然后内侧表面再将热能传递到储罐内部，所以罐体内侧表面的热通量由壁面的温度和内部温度共同确定得到，而壁面和内部的温度又会随着它们的流场改变而不断改变，故而火灾环境下临港石化基地LPG储罐热响应数值模拟
【参考文献】：
期刊论文
[1]液化石油气槽车事故应急处置研究[J]. 周意浩. 中国公共安全(学术版). 2019(04)
[2]一起燃气爆炸事故的调查和思考[J]. 林勇河,傅荣生. 消防科学与技术. 2016(12)
[3]液化气体储罐爆沸过程的影响因素[J]. 毕明树,杨雪,石剑云,胡洪. 燃烧科学与技术. 2013(01)
[4]喷射火环境下液化气储罐热响应行为数值模拟[J]. 毕明树,任婧杰,车威. 热科学与技术. 2009(04)
[5]锅炉沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(BLEVE)的小尺寸模拟试验[J]. 陈思凝,孙金华,褚冠全,陈先锋. 热能动力工程. 2006(02)
[6]液化石油气储罐火灾模拟试验(一)——池火灾环境下[J]. 邢志祥,赵晓芳,蒋军成. 天然气工业. 2006(01)
[7]液化石油气储罐火灾模拟试验(二)——喷射火焰环境下[J]. 邢志祥,赵晓芳,蒋军成. 天然气工业. 2006(01)
[8]液化石油气储罐对火灾热响应的CFD模拟[J]. 邢志祥,常建国,蒋军成. 天然气工业. 2005(05)
[9]热分层对蒸汽爆炸过程影响的实验研究[J]. 弓燕舞,林文胜,张荣荣,顾安忠,鲁雪生. 工程热物理学报. 2004(06)
[10]液化石油气储罐安全防护方式的比较与选择[J]. 邢志祥,蒋军成,葛秀坤. 油气储运. 2004(05)
博士论文
[1]液化气体的热分层及爆沸机理研究[D]. 石剑云.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]热环境下储罐热响应行为数值模拟研究[D]. 姚智.天津理工大学 2018
[2]火灾环境下临近储罐的热响应过程及防护对策研究[D]. 丁进.大连交通大学 2014
[3]液化气体储罐热响应过程的实验研究[D]. 杨雪.大连理工大学 2012
[4]基于非平衡热力学的LPG储罐热响应模拟研究[D]. 赵博.大连理工大学 2011
[5]LPG储罐在火灾环境中热响应的数值模拟[D]. 车威.大连理工大学 2009
[6]高真空多层绝热低温容器真空丧失试验研究[D]. 杨磊.上海交通大学 2008
本文编号：2918722
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