LPG储罐火灾爆炸危害性研究

论文摘要

LPG具有易燃易爆的特性,在其生产、储存和使用过程中极易引起火灾、爆炸事故,尤其在液化石油气储罐区,一旦发生事故,可能造成大量的财产损失和人员伤亡,因此,对LPG储罐火灾爆炸故事危害性进行研究,建立相应的数学模型和物理模型,借助计算机仿真技术进行模拟,这将对预测、预防、控制事故的发生、保障生产的安全运行具有重要的理论价值和现实意义。论文的具体工作包括:(1)对LPG储罐区的火灾爆炸危险性进行分析。运用三类危险源理论对LPG储罐区进行危险源辨识,总结了LPG储罐区内三类危险源的形式、产生原因和相互作用关系。分析结果为,第一类危险源是液化石油气;第二类危险源是LPG泄漏后达到可燃浓度和存在点火源;第三类危险源是管理缺陷。分析了LPG储罐区常见的火灾爆炸事故后果模式。(2)对LPG池火灾热辐射进行数值模拟研究。分析了池火灾的燃烧特征、关系模型和热辐射破坏准则;在总结前人研究工作的基础上,对池火灾火焰形状进行理论分析,建立了物理模型和几何模型,提出合理假设,然后选择合适的辐射模型,确定初始和边界条件,应用Fluent软件模拟液池直径为12m时LPG池火灾热辐射对周围环境的影响,得出火焰周围入射热流密度分布图;模拟结果显示池火灾热辐射强度随着目标点到火焰中心距离的增加而迅速减小;结合热辐射破坏准则,可以确定池火灾的伤害范围,分别为死亡半径21m,二度烧伤半径35m,安全临界半径55m;分析液池大小、风速因素对热辐射的影响表明:火焰长度和各种伤害半径随着液池直径的增大近似线形增加;受风的影响一般下风向辐射热量增大,而上风向辐射热量减小,危害区域向下风向发生偏移。(3)对LPG爆炸性气体危险区域进行分析。LPG发生泄漏后与空气混合形成爆炸性气体,当遇到火源就可能发生爆炸事故。运用数值计算方法,基于Fluent软件对爆炸性气体扩散进行研究,得出在不同风速条件和初始条件下爆炸性气体的扩散规律;结合LPG爆炸极限,量化爆炸范围;运用Fluent软件中的图形显示功能,使危险区域的范围更加直观具体,从而为LPG储罐区安全评估和制定事故应急救援预案提供有价值的参考数据。本论文的研究是CFD方法用于易燃气体危害性研究的有效尝试,可以为罐区其它形式的灾害提供一种分析思路和方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 池火灾研究概况
• 1.2.2 蒸气云爆炸研究概况
• 1.2.3 爆炸性气体扩散研究概况
• 1.3 研究目的和主要内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 第二章 LPG储罐区火灾爆炸危险性分析
• 2.1 LPG储罐区火灾爆炸危险源辨识
• 2.1.1 分析实例基本情况
• 2.1.2 三类危险源理论
• 2.1.3 第一类危险性辨识
• 2.1.4 第二类危险性辨识
• 2.1.5 第三类危险源辨识
• 2.1.6 三类危险源之间的作用关系
• 2.2 LPG储罐区火灾爆炸事故后果分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 池火灾特性及其理论基础
• 3.1 池火灾燃烧特性
• 3.2 池火灾模型
• 3.3 通用控制方程
• 3.4 辐射模型
• 3.4.1 辐射传播方程
• 3.4.2 计算辐射传热的方法
• 3.4.3 DO辐射模型
• 3.4.4 DO辐射模型设置过程
• 3.5 池火灾燃烧的关系模型
• 3.5.1 燃烧速率的计算
• 3.5.2 LPG池火灾火焰长度
• 3.5.3 火焰的温度特征
• 3.6 热辐射通量计算和热辐射破坏准则
• 3.6.1 热辐射通量计算
• 3.6.2 热辐射破坏准则
• 3.7 本章小结
• 第四章 LPG池火灾热辐射的数值模拟
• 4.1 物理模型
• 4.2 几何模型
• 4.2.1 研究区域
• 4.2.2 火焰尺寸
• 4.2.3 模拟区域尺寸
• 4.2.4 网格划分
• 4.3 中间介质的辐射吸收性质
• 4.4 边界条件和初始条件
• 4.5 结果分析
• 4.6 结果有效性的验证
• 4.7 模型的应用
• 4.8 LPG池火灾影响因素分析
• 4.8.1 液池的大小
• 4.8.2 风速的影响
• 4.8.3 其他因素
• 4.9 本章小结
• 第五章 LPG爆炸性气体危险区域分析
• 5.1 影响爆炸性气体危险区域的因素
• 5.1.1 LPG气体爆炸极限
• 5.1.2 泄漏源
• 5.1.3 泄漏气体的密度
• 5.1.4 气象条件
• 5.2 爆炸性气体扩散的理论基础
• 5.2.1 射流理论简介
• 5.2.2 气体流动控制方程
• 5.2.3 组分输运方程
• 5.2.4 湍流模型
• 5.2.5 验证模型
• 5.3 CFD模型的建立
• 5.3.1 物理模型
• 5.3.2 网格划分
• 5.3.3 边界条件
• 5.4 结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢