基于FLACS的成品油储罐油气爆炸数值模拟研究.pdf
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1、2023 年第 3 期(总第 9 期)【研发应用】基于 F L A C S的成品油储罐油气爆炸数值模拟研究汪建光(福建省锅炉压力容器检验研究院,福建 福州 350008)摘要:燃烧爆炸事故是对成品油库安全的重要威胁。为探究成品油罐在罐顶破坏后液面挥发产生的油气爆炸在罐区产生的高温和超压的分布规律,文中采用计算流体力学软件 FLACS 对内浮顶汽油储罐在罐顶损毁后的爆炸过程进行了数值模拟。结果表明,罐内油气爆炸会造成油罐内部区域温度急剧升高,但储罐外部区域温度上升不明显;由于开敞状态有利于泄压,油气爆炸在储罐内外产生的超压都比较小,不足以对设备和人员造成损伤;当油气浓度大到一定程度时,由于空气量
2、不足,最大超压反而降低。关键词:成品油;储罐;爆炸;超压;高温Numerical Simulation of Oil and Gas Explosion in Refined Oil Storage Tank Based on FLACS WANG Jianguang(Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection and Research Institute,Fuzhou 350008,Fujian,China)Abstract:Combustion and explosion accidents are an important threat to
3、 the safety of refined oil depots.In order to explore the distribution law of high temperature and overpressure in the tank area caused by the oil and gas explosion caused by the volatilization of the liquid surface of the product oil tank after the tank top is destroyed,this paper uses the computat
4、ional fluid dynamics software FLACS to analyze the internal floating roof gasoline storage tank after the tank top is damaged.The explosion process was numerically simulated.The results show that the oil and gas explosion in the tank will cause the temperature of the inner area of the oil tank to ri
5、se sharply,but the temperature increase of the outer area of the storage tank is not obvious;because the open state is conducive to pressure relief,the overpressure generated by the oil and gas explosion inside and outside the storage tank is relatively small,which is not enough to cause damage to e
6、quipment and personnel;when the oil and gas concentration is large to a certain extent,due to insufficient air volume,the maximum overpressure is reduced instead.Key Words:Refined oil;Storage tank;Explosion;Overpressure;High temperature收稿日期:2022-08-19作者简介:汪建光,男,福建省锅炉压力容器检验研究院,石化设备检验中心主任,高级工程师0 引言成品油
7、库担负着接收、储存和发放石油产品的任务,是成品油供应和运输的纽带,是整个油气储运产业链条的重要环节1。储罐是储存各类油料的主要装置,保障油罐安全是油库生产运行的重要任务。由于储存介质的危险性,储罐火灾爆炸事故不时发生,造成巨大的经济损失和人员伤亡。2005年 12 月 11 日,英国邦斯菲尔德油库发生火灾爆炸事故,烧毁大型储罐 20 余座,43 人受伤,直接经济损失高达 2.5 亿英镑2。2010 年 7 月 16 日,大连市新港码头的大连中石油国际储运有限公司油库输油管线发生爆炸,造成 10 万 m3的原油储罐起火,地面流淌火面积达 6 万余平方米,码头海面火场面积 1 万多平方米,造成直接
8、财产损失为 22330余万元3。罐顶是储罐发生爆炸事故时最容易受到破坏的部位。据统计,在所有的储罐爆炸破坏中,罐顶的破坏占总数的 72.2%4。罐顶被破坏后罐内油品直接与大气接触,容易进一步形成爆炸性气体空间。高建丰等5采用 lm3的密闭储罐开展油气爆炸实验,并进行数值模拟。罗艾民等6研究环形密闭空间内蒸气云爆炸的超压波,对外浮顶罐二次密封形成的环形空间内发生的爆炸冲击研究具有一定参考意义。赵军凯等7对方形管道内气体爆炸过程进行数值模拟,研究温度、压力和火焰传播速度的变化规律。罗振敏等8采用FLACS 软件对受限空间瓦斯爆炸过程进行数值模拟,并与实验结果进行验证。目前,储罐燃烧爆2023 年第
9、 3 期(总第 9 期)【研发应用】炸领域的研究主要针对罐内密闭空间油气爆炸,对罐顶破坏后开口条件下油库燃烧爆炸的研究相对较少,无法支撑对储罐燃烧爆炸毁伤附近人员及设施的评估9。对此,文中采用计算流体力学软件 FLACS,研究内浮顶汽油储罐在罐顶损毁后发生燃烧爆炸事故时的高温、超压分布规律,并进一步分析油气浓度、氧气浓度、点火能量、点火位置等因素对爆炸过程的影响。1 控制方程采用基于总能量方程的 RNG湍流模型模拟储罐顶部开口条件下油气爆炸的湍流流动,控制方程主要有质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、组分输运方程、方程和 方程10:质量守恒方程:动量守恒方程:能量守恒方程:组分输运方程:
10、方程:方程:式中,为气体密度,kg/m3;为气体流速,m/s;为气体压强,P;为能量,J;为输运特性中的湍流耗散率;为时间,s;,为坐标轴方向;为组分质量分数;为有效扩散系数;为耗散项;为湍流脉动动能;和为随湍流流场变化的系数;为流动黏度;为速度梯度引起的湍流动能 的产生项;为由浮力引起的湍动能 的产生项;为考虑流场可压缩性的修正项;为湍流动能耗散率;和均为经验常数,=1.42,=1.68;为方程受浮力影响程度的系数。2 仿真模型2.1 物理模型如图 1 所示,罐区有六个大型内浮顶罐,用于储存汽油。单个储罐容量为 50000m3,直径为60m,罐总高为 19.3m。罐体之间距离为 30m,与防
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