卸油管断裂汽油泄漏扩散数值模拟研究_高建淑.pdf
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1、第 44 卷 第 4 期安全Vol44 No42023 年 4 月Safety SecurityApr 2023引用格式:高建淑,李润求,邱岚伊,等卸油管断裂汽油泄漏扩散数值模拟研究 J 安全,2023,44(4):5257作者简介:高建淑(1998),甘肃白银人,在读硕士,研究方向为危化品道路运输安全。Email:1547403950qqcom通信作者:李润求(1968),湖南娄底人,博士,教授,研究方向为安全管理工程、风险评估与预警、建筑安全、矿山安全、危化品道路运输安全等。Email:rqlihnusteducnDOI:1019737/jcnkiissn10023631202304009
2、卸油管断裂汽油泄漏扩散数值模拟研究高建淑1李润求1,2,3教授邱岚伊1崔燕1,2,3讲师刘勇1,2,3副教授(1湖南科技大学 资源环境与安全工程学院,湖南 湘潭 411201;2湖南科技大学 煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南 湘潭 411201;3湖南科技大学 南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制应急管理部安全生产重点实验室,湖南 湘潭 411201)【摘要】为研究不同管径的汽油罐车卸油管断裂后的泄漏情况,利用 FLUENT 建立不同管径卸油管的物理模型,对汽油泄漏进行模拟分析。结果表明:汽油泄漏在地面沿泄漏方向正前方呈现出有尖端的扇形扩散;泄漏初期,孔径大小对汽油的泄漏扩散范围影响不大,随着
3、泄漏时长的增加,孔径越大,汽油扩散范围和堆积厚度增加得越明显。研究结果可为加油站汽油罐车卸油泄漏事故提供应急处置依据。【关键词】泄漏事故;汽油罐车;卸油;泄漏孔;数值模拟中图分类号:X937文献标识码:A文章编号:10023631(2023)04005206基金资助:国家自然科学基金资助项目(52074118);湖南省教育厅科学研究资助项目(19A167;18B210);湖南省自然科学基金资助项目(2019JJ50152);湖南省交通运输厅科技进步与创新计划资助项目(201943)Study on Numerical Simulation for Gasoline Leakage andDif
4、fusion Under Oil Discharge Tube FractureGAO Jianshu1LI unqiu1,2,3QIU Lanyi1CUI Yan1,2,3LIU Yong1,2,3(1School of esource Environment and Safety Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan Hunan 411201,China;2Hunan Key Laboratory of Safe Mining Techniques for Coal Mines,Hunan Unive
5、rsity of Science and Technology,Xiangtan Hunan 411201,China;3Key Laboratory ofWork Safety of Gas and Top Disaster Prevention and Control for Southern Coal Mine,Hunan Universityof Science and Technology,Xiangtan Hunan 411201,China)Abstract:In order to study the leakage under the oil discharge tube fr
6、acture of gasoline tank trucks with dif-ferent sizes,The FLUENT software was used to established the physical models of different pipe sizes andsimulate the gasoline leakage The results show that the gasoline uncork and diffuse in a shape of circular sec-tor with a sharp point in the ground along th
7、e right ahead of the leakage direction;and that the tube aperturesize has a little influence on the scope of the leakage and diffusion of the gasoline,and the diffusion scopeand accumulative thickness of the gasoline stack more clear with the increasing of the time and the tube aper-252023 年第 4 期专项研
8、究卸油管断裂汽火漏扩散数值模拟研究ture size The results can provide emergency basis for the disposition of the unloading leakage accident of gas-oline tank trucksKeywords:leakage accident;gasoline tank truck;oil discharge;leakage hole;numerical simulation0引言汽油是一种重要燃料,应用非常普遍。在城市的发展建设过程中,汽车加油站的数量不断增加,其位置也逐渐向城市中心靠近。加油站
9、作为充装汽油、柴油等油品的场所,站内储存的都是易燃易爆危险品,火灾危险性大,尤其在油品装卸过程中,容易发生由于油品泄漏引发的火灾或爆炸事故12。如 2017 年 7 月 26 日,贵港市港北区建设西路一加油站发生油品泄漏事故,约 3000L 汽油从加油站地下储存罐泄漏;2022 年 11 月 14 日,广西梧州一油罐车在装卸时自燃起火,迅速引燃旁边 2 辆油罐车。汽油一旦泄漏,将会产生重大安全隐患,如果处理得当,对周边人员及外界环境影响较小;如果处理不当,会对周围人员、设备、环境都造成巨大的危害,还有可能引发二次事故3。为研究汽油泄漏规律,蒋依等4 对近 10 年的罐车燃油泄漏火灾事故特性进行
10、分析,得出罐车燃油泄漏火灾事故的相关规律;张志坚等5 考虑相邻储罐之间的影响,通过 FLACS 软件,建立罐区三维模型,分别讨论汽油泄漏后油池和可燃气云在不同泄漏速率、温度、风速影响的扩散行为,研究表明油池及可燃气云扩散速度越快,危险程度越高,而温度对油池扩展及气云扩散影响较小;王旭等6 以某罐区汽油泄漏为例,通过 FLACS 软件建立汽油储罐泄漏模型,在泄漏源周围设置监测点,得出可燃气体探测器的最佳设置高度;齐玉凤等7 通过对汽油泄漏池火灾的燃烧特性参数进行分析,重点研究油池直径对安全间距的影响,并结合具体案例对汽油池火灾的热辐射范围进行经验估算和计算流体力学(Computational F
11、luid Dynamics,CFD)仿真模拟分析,结果表明热辐射通量随油池直径的增大而急剧增大;Katsuhiro 等8 提出一种更适合于封闭空间的汽油泄漏扩散蒸发的预测模型,根据该模型对汽油处理区域爆炸风险进行评估;onald 等9、Mritunjay等10 通过实验确定汽油泄漏会引起蒸发质量流量,在大型泄漏的情况下,排放物主要与危险爆炸性环境的形成有关,最后得出蒸发质量流量在泄漏大小和不同环境条件下的相关性;徐大用等11 采用FLACS 软件模拟汽油泄漏后的起火燃爆和形成可燃气云发生爆炸 2 种事故后果,得出可燃气云爆炸的事故后果比燃爆更严重;杨柳12 通过加油站卸油作业中发生火灾爆炸的典
12、型事故案例,分析卸油作业火灾爆炸的事故特点及事故原因,探讨预防汽车加油站卸油作业火灾事故的主要技术措施。目前,对于装卸过程中汽油罐车的泄漏问题研究较少,且目前研究主要集中在燃油储罐区泄漏,以及池火灾和气云扩散等方面。但在装卸作业中由于输液管断开、破裂、密封垫破损、接头紧固栓松动等导致汽油泄漏的情况时有发生,因此对装卸作业中汽油罐车泄漏问题进行研究有重要的现实意义。综上,本文应用 FLUENT 软件,对在加油站进行装卸作业时发生的汽油泄漏场景进行模拟,研究不同管径卸油管断裂的泄漏情况,从而获得不同管径卸油管断裂汽油泄漏的规律,以期为装卸过程中的汽油罐车泄漏事故处理与防控提供依据。1泄漏模型和条件
13、假设1 1液相泄漏模型汽油在 危险化学品名录 中属于第 3 类:易燃液体,常温下汽油外观为透明易流动液体,空气中含量为 74123g/m3时遇火爆炸。当汽油储罐发生泄漏时,汽油会以液态形式从泄漏孔流出,泄漏速率可用流体力学的伯努利方程进行计算:Q=CdA2(P P0)+2gh(1)式中:Q液体泄漏速度,kg/s;Cd液体泄漏系数,本文取 065;A泄漏口面积,m2;泄漏液体密度,800kg/m3;P容器内介质压力,取 100kPa;P0环境压力,取 101kPa;35专项研究2023 年第 4 期卸油管断裂汽火漏扩散数值模拟研究g重力加速度,98m/s2;h裂口上液位高度,m。1 2组分运输模
14、型和湍流模型本文所述汽油泄漏后的流动可视为湍流流动过程,湍流模型选择标准 k 模型,此模型由Launder 和 Spalding 提出,因其稳定、计算精度高等优点使之成为湍流模型中应用范围最广的一个模型13。模拟汽油液相泄漏过程中,使用组分运输模型模拟汽油泄漏过程。无反应多组分运输模型:(Yi)t+(?v Yi)=Ji+i+Si(2)式中:v运动粘度,m2/s;Yi第 i 种组分的质量分数;Ji物质 i 的扩散通量;i第 i 种组分生成产物净产生速率;t时间,s;Si离散相及用户定义的源项导致的额外产生率。湍动能 k 方程和湍动耗散率 方程的输运方程为:(k)t+(kui)xi=xj(+ik)
15、kxj+Gk+Gb YM+Sk(3)()t+(ki)xi=xj(+i)xj+C1k(Gk+C3Gb)C22k+S(4)式中:k湍流动能,m2/s2;湍流动能耗散率,m2/s3;密度,kg/m3;ui时均速度,m/s;湍流粘度,Pas;i湍流粘性系数,Pas;xj、xi空间坐标;Gk平均速度梯度产生的湍流动能;Gb由浮力产生的湍流动能;YM在可压缩湍流中脉动扩散产生的波动;C1、C2、C3常量,取值为 C1=1 44,C2=192,C3=009;k、湍动能 k 方程和湍动耗散率方程的湍流普朗特数,为 k=13,=10;Sk、S用户自定义源项。1 3模拟条件假设加油站油罐车的卸油管管径一般是 DN
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