風(fēng)速對LPG球罐泄漏擴(kuò)散過程的影響研究*

門金龍 蔡沖沖 熊碧波 鄭鴻區(qū)

(廣東石油化工學(xué)院 廣東茂名 525000)

0 引言

LPG已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用方面，由于LPG的易燃易爆性質(zhì)，在生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)雀鱾€工藝環(huán)節(jié)中經(jīng)常發(fā)生事故，LPG泄漏而導(dǎo)致的人身傷亡及財產(chǎn)損失的事故數(shù)在燃燒、爆炸等因素中占據(jù)首位[1]。據(jù)《2019年全國燃?xì)馐鹿蕯?shù)據(jù)分析報告》表明，2019年全國發(fā)生了353起LPG事故，造成63人死亡，585人受傷。國外關(guān)于氣體泄漏擴(kuò)散的研究早在20世紀(jì)60年代已經(jīng)開展，如Mines Bureau實驗、Esso實驗、Maplin Sands實驗、Burro實驗、Coyote實驗和Falcon實驗等一系列大型現(xiàn)場實驗，為之后計算模型提供了大量有效的驗證數(shù)據(jù)，此后國內(nèi)外的相關(guān)研究不斷開展，但研究多偏向于泄漏速度與泄漏孔形狀對泄漏擴(kuò)散的影響，而風(fēng)速對LPG球罐泄漏擴(kuò)散過程的影響及危害方面的研究較少[2]。

本文分別建立不同風(fēng)速(風(fēng)速為0、1、3、5、10 m/s)下LPG球罐泄漏擴(kuò)散理論和FLUENT數(shù)值模型，分析不同風(fēng)速條件下LPG球罐泄漏擴(kuò)散規(guī)律與危險區(qū)域，為LPG球罐泄漏事故的救援及應(yīng)急預(yù)案的制定提供參考。

1 LPG球罐泄漏擴(kuò)散場景構(gòu)建

1.1 球罐原型

以中心直徑12.3 m的1 000 m3LPG球罐為研究對象，壁厚忽略不計，壁面絕熱，球罐底部距地面1.85 m，LPG球罐模型見圖1，Y軸正方向為下風(fēng)向，圓心R1到Y(jié)軸左邊界CD 140 m，到右邊界AB 20 m；環(huán)境溫度為300 K，球罐內(nèi)部壓力1.35 MPa，泄漏口位于球罐底部，泄漏速度固定為5 m3/s，外界氣壓為101.325 kPa，LPG球罐設(shè)計參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

圖1 LPG球罐計算模型

表1 LPG球罐設(shè)計參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸

1.2 基本假設(shè)

由于LPG球罐實際泄漏濃度擴(kuò)散過程復(fù)雜，為簡化計算分析過程，進(jìn)行如下假設(shè)：