冶金企业煤气爆炸危险区域划分及泄漏扩散模拟

论文摘要

冶金煤气主要涉及高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气三种可燃性气体,生产过程中如果出现泄漏,有发生火灾、爆炸的危险。科学地划分煤气爆炸危险场所的等级,并以此选用合理的防爆电气设备,对于降低事故风险有实际应用价值。本文以《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92和《爆炸性环境用电气设备第14部分：危险场所分类》GB3836.14-2000为依据,根据释放源等级、煤气出现的频繁程度和持续时间,对某冶金企业三种煤气爆炸危险场所进行了详细区域划分,给出了具体区域划分的实例图,并指出了区域划分过程中存在的问题。根据区域划分结果和爆炸性混合物的组别进行了防爆电气设备的选型。鉴于当前爆炸危险区域划分认识和实践上存在一定的混乱,危险区域划分不确定因素较多,为了提高危险区域划分的可靠性,论文利用Fluent软件对煤气泄漏扩散过程进行了数值模拟。研究了泄漏口直径d、管道内压力P、风速v及风向、不同气体介质对泄漏后果的影响。结果表明随着当量直径的增大、管道内压强的增大,释放量和爆炸危险区域均增大；外部风向的改变以及风速大小的都直接影响一氧化碳的浓度分布,逆向风最为不利,其他方向的外来风都会加强一氧化碳的扩散,且风速越大扩散加剧。释放气体为氢气时,在同等条件下扩散范围比一氧化碳小。当泄漏口直径扩大到d=100mm时一氧化碳的爆炸极限范围一直延续到20m,超出现有国家标准规定的爆炸危险区域划分范围。本论文不仅按国家标准对冶金企业煤气爆炸危险场所进行区域划分,并通过Fluent数值模拟对该问题进行了深入研究,为爆炸危险场所的区域划分提供辅助划分方法,使危险区域的范围更加直观具体,提出改进的煤气爆炸危险区域划分方法和建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 目的和意义
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 目的及意义
• 1.3 爆炸危险区域划分的研究现状
• 1.4 气体泄漏扩散的研究现状
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第2章 爆炸危险区域划分
• 2.1 爆炸性气体环境
• 2.1.1 定义和术语
• 2.1.2 一般规定
• 2.2 爆炸危险区域划分
• 2.3 爆炸危险区域划分实例
• 2.3.1 炼钢煤压站
• 2.3.2 焦炉煤气柜
• 2.3.3 高炉煤气柜
• 2.3.4 高炉煤气、焦炉煤气掺混站
• 2.4 爆炸危险区域划分实践中存在的问题
• 2.5 爆炸危险场所防爆电气设备选型
• 2.5.1 防爆标志
• 2.5.2 防爆电气设备选型
• 2.6 小结
• 第3章 煤气泄漏扩散模型建立
• 3.1 Fluent软件简介
• 3.1.1 Fluent软件的组成
• 3.1.2 煤气泄漏CFD求解过程
• 3.1.3 Fluent计算准备工作
• 3.2 模型构建
• 3.3 计算方程
• 3.3.1 CFD基本控制方程
• 3.3.2 湍流模型
• 3.4 Fluent模拟煤气泄漏过程
• 3.4.1 Gambit建模及网格划分
• 3.4.2 边界条件
• 3.4.3 求解计算模型
• 3.5 小结
• 第4章 模拟结果及分析
• 4.1 煤气扩散的影响因素
• 4.2 煤气管道破裂气体扩散规律模拟分析
• 4.2.1 计算参数的选取
• 4.2.2 计算结果分析
• 4.3 不同泄漏环境下的模拟分析
• 4.3.1 泄漏口当量直径对泄漏扩散的影响
• 4.3.2 内压大小变化对泄漏扩散的影响
• 4.3.3 风速变化对泄漏扩散的影响
• 4.3.4 风向变化对泄漏扩散的影响
• 4.3.5 不同气体介质对泄漏扩散的影响
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢