《综合管廊燃气独立舱室通风系统安全性分析》
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摘 要：为了确保燃气管道能安全入驻安全管廊,通过CFD软件模拟出中压0.2MPa及0.4MPa下,不同通风换气次数下燃气泄漏的扩散情况和通风情况,根据计算结果,分析出不同燃气压力与通风换气次数下（未能关闭分区阀门的特殊工况）燃气泄漏扩散的规律,燃气舱内燃气泄漏扩散与时间的关系,并给出合理的抢险施工建议.
关键词：综合管廊 燃气独立舱 通风 泄漏 CFD模拟
中图分类号：TU990.3文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）03（b）-0023-02
关于燃气泄漏扩散问题的研究尤其是软件模拟方法,已经有了大量的研究成果,但都为正常事故处理方案下的模拟,对未能正常进行事故处理的情况研究方面,存在一定不足和缺陷.因此该研究针对燃气独立舱泄露事故未及时关闭阀门进行模拟,来分析燃气泄露浓度随时间的变化情况,并做出规律总结,并提出合理建议.
1 研究方法
1.1 综合管廊内天然气扩散的CFD数值模拟
CFD中的FLUENT软件包含丰富而先进的湍流模型,能够精确地模拟无粘流、层流、湍流.湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型（R）组、大涡模拟模型（LES）组以及最新的分离涡模拟（DES）和V2F模型等.此次研究采用的是k-ε模型组.
1.2 物理模型
建立所研究问题的物理模型,这是CFD数值模拟的第一步.该文模拟燃气舱长200m、宽1.8m、高2.5m,燃气舱内天然气管道直径为426mm,泄露孔设置在模型正中间,为矩形曲面孔,边长50mm.有动力机械进风口、排风口分别设置在燃气舱的两端.用ICEM建立三维燃气舱模型,泄漏简化模型见图1.选择天然气管舱顶部每15m设置一个天然气报警探测器,以监测探测器报警响应时间.
1.3 边界条件
进风口设置为速度入口,管廊天然气管舱内正常换气次数为6次/h,事故换气次数为12次/h和24次/h,天然气泄漏口选用压力入口,泄漏压力为P1等于0.2MPa和P2等于0.4MPa.天然气出口选用压力出口,出口压力为101325Pa.
2 模拟结果及分析
2.1 燃气泄漏擴散模拟结果
首先对正常通风下燃气泄露进行模拟,之后进行事故通风下燃气泄露模拟.模拟结果如图3所示.
2.2 计算结果分析
模拟结果列于表1中.
2.2.1 通风换气次数对燃气泄漏的影响
由表1可知,0.4MPa下泄露点下风侧20m处到达爆炸下线的时间依次为7.5s、6.3s、5.3s;35m处到达爆炸下线的时间依次为14.4s、12.0s、10.5s;50m处到达爆炸下线的时间依次为24.6s、20.8s、17.5s.由结果分析可知,随着换气次数的增加,泄露点下风口到达爆炸下线的时间减少,且随着距离的增加,减少幅度越来越大.
2.2.2 不同压力对燃气泄漏的影响
由表1数据可知,0.2MPa燃气管道发生泄漏,在事故通风换气次数<24次/h情况下,在泄漏点上风侧形成的爆炸范围<10m,在0.4MPa相同换气次数下,上风侧形成的燃气爆炸浓度范围<15m,即上风侧15m以外将不会有爆炸风险.表明每增加一倍压力,上风侧爆炸浓度范围增加大约5m.同时可知下风侧5m、20m、35m监测点处随着压力的升高,到达爆炸下限的时间依次减少1～1.5s、1.5～2s、4～4.5s.综上所述,管道内燃气压力与通风换气次数对爆炸范围和危险时间影响极大,总结出其规律对燃气通风安全及事故抢险有重要意义.
3 结语
针对于发生燃气泄漏而未及时关闭上游燃气阀门情况,通风换气次数越大,上风侧的安全范围越大,主要危险区域为下风侧,若舱内存在人员,往上风逃生更为合理;而针对不同燃气压力,不同的通风换气次数能有效地控制泄漏口下风侧爆炸范围,在紧急抢险时,应首先关闭上风侧阀门,这对于救援和处理故障施工更加有利.
参考文献
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综合管廊和通风系统引用文献:
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