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油庫泄漏的數(shù)值模擬探討

文檔作者：張瑞明文檔來源：山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月19日
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油庫泄漏的數(shù)值模擬探討
張瑞明
山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院
l【摘要1 本文分析了油庫泄漏過程的成因和內(nèi)在機(jī)理及油庫泄漏可} 能產(chǎn)生的后果。按照泄漏流體的狀態(tài)，分液
相、 相、兩相混合三種泄漏方式，對(duì)模型的求解問題進(jìn)行了分析、探討。對(duì)基于數(shù)值模擬的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行了分析。
l
關(guān)鍵詞1 油庫泄漏·模擬 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；安全
油庫是儲(chǔ)存、輸轉(zhuǎn)和供應(yīng)石油及石油產(chǎn)品的專
業(yè)性倉庫，是協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)和加工，成品油運(yùn)輸及
供應(yīng)的紐帶，也是國家石油儲(chǔ)存和供應(yīng)的基地。在
油品轉(zhuǎn)儲(chǔ)過程中， 由于存在大量的易燃、易爆以及
腐蝕、有毒、易流失等不安全因素，危險(xiǎn)性大，一
旦發(fā)生泄漏事故，極易導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故并造成
環(huán)境污染。
1油庫泄漏過程機(jī)理分析
*
正確分析油庫中油品的泄漏擴(kuò)散規(guī)律，預(yù)測危
害區(qū)域， 可以為建立油庫泄漏過程的機(jī)理模型奠定
基礎(chǔ)，利用數(shù)值模擬和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)可以給管理部
門在制定事故預(yù)案和事故應(yīng)急處理方面提供一定的
依據(jù)， 同時(shí)對(duì)減少人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失也具有重要
的意義。
泄漏擴(kuò)散過程分析主要指運(yùn)行中或儲(chǔ)存中的物
質(zhì)從裂口、排氣口、排液口非正常性排出后在空氣
中擴(kuò)散而形成的易燃、易爆混合氣體濃度的時(shí)空分
布。影響油品泄漏的因素主要有油品在容器內(nèi)的填
充程度、泄漏位置以及泄漏面積的大小等。
本文分別從純液相泄漏、純氣相泄漏和氣液兩
相混合泄漏三個(gè)方面分析油庫泄漏的成因，并建立
8
與之相應(yīng)的泄漏模型，油庫泄漏過程模型的流程圖
(見圖1)。
油庫發(fā)生泄漏后一般會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。首先，
如果是液相泄漏，將會(huì)產(chǎn)生液體蔓延，對(duì)灌區(qū)周圍帶
來影響，一旦遇到明火，就會(huì)形成池火或噴射火；其
次，液體蒸發(fā)又會(huì)形成蒸汽云，蒸汽云的危害更大，
會(huì)彌漫更大的區(qū)域，在其爆炸極限范圍內(nèi)，將會(huì)引起
蒸汽云爆炸、其它罐著火甚至連鎖爆炸。
在無明火的情況下，對(duì)于高壓(低溫)液化氣儲(chǔ)
罐，如果處于滿裝狀態(tài)，罐內(nèi)不存在氣相空間，此
時(shí)即使少許裂縫出現(xiàn)， 由于少量液體的泄漏也會(huì)引
起內(nèi)壓的迅速下降而處于過熱狀態(tài)， 液體全部汽
化，從而最終導(dǎo)致災(zāi)難性破裂， 出現(xiàn)氣相泄漏； 如
果儲(chǔ)罐沒有滿裝， 當(dāng)破裂處位于氣相空間時(shí)，在破
裂面積較大的情況下，高壓蒸氣通過裂縫或孔洞噴
出，儲(chǔ)罐內(nèi)壓急劇下降，直到與環(huán)境壓力(常溫)相
同。由于內(nèi)壓急劇下降， 氣液平衡遭到破壞，儲(chǔ)罐
內(nèi)流體處于過熱狀態(tài)，過熱狀態(tài)的液體為了再次恢
復(fù)平衡，內(nèi)部會(huì)均勻地產(chǎn)生沸騰核， 同時(shí)產(chǎn)生大量
氣泡， 液體體積急劇膨脹， 最終也導(dǎo)致蒸氣爆炸。
對(duì)于以上兩種情況，泄漏量可按存儲(chǔ)介質(zhì)瞬間全部
《安全》2009年第 2期
確定泄漏物有關(guān)特性及氣象特性
—<／氣相目 泄漏 >>+—
N
Y
壓運(yùn)力芝 液嘉化 ／、＼
‘Y
泄霾 漏霪模 型廣}_———— — ‘、 成液掖 -尥
氣象條件
N
連續(xù)泄漏
＼ ／
氣象條件
煙團(tuán)或重氣體l l煙羽或重氣體
擴(kuò)散模型 l I 擴(kuò)散模型
低溫液f
．
體泄竭／
、、、
低溫液化液體
泄漏速度模型
液體泄漏
速度模型
液池蒸發(fā)模型
氣象條件
煙團(tuán)或重氣體
擴(kuò)散模型
圖1 油庫泄漏過程模型流程圖
泄漏計(jì)算，若裂El面積不大，即使有蒸氣噴出，但 2油庫泄漏模型求解
由于儲(chǔ)罐內(nèi)壓下降不急劇， 液體不會(huì)達(dá)到過熱狀 油庫泄漏過程主要包括流體流動(dòng)、傳質(zhì)、傳
態(tài)，因此不會(huì)發(fā)生蒸氣爆炸。如果泄漏面積很大， 熱、反應(yīng)(火災(zāi)或爆炸時(shí))等過程，其機(jī)理模型主
儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力迅速降低為大氣壓，飽和蒸汽壓也迅
速降低， 促使油氣進(jìn)一步揮發(fā)，像汽油罐或液化氣
罐有可能迅速出現(xiàn)閃蒸，導(dǎo)致儲(chǔ)罐超壓爆炸。通過
以上分析， 可以得到油庫泄漏擴(kuò)散后果分析流程圖
(見圖2)。
圖2 油庫泄漏后果分析流程圖
要基于質(zhì)量平衡、能量平衡、相平衡和動(dòng)量平衡四
大平衡而建立。
對(duì)于各種泄漏模型， 在進(jìn)行求解前首先要確
定泄漏物的有關(guān)特性，是指泄漏物質(zhì)的物性系數(shù)，
如分子量、沸點(diǎn)、定壓比熱、蒸汽密度、蒸發(fā)熱、
分子擴(kuò)散系數(shù)、臨界溫度、粘度、空氣混合物的爆
炸極限及其他與之相關(guān)的數(shù)據(jù)， 如氣象條件，指大
氣穩(wěn)定度、Richardson數(shù)、風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫
度、相對(duì)濕度等。另外，在進(jìn)行擴(kuò)散分析時(shí)，必須
先確定以下參數(shù)：基本參數(shù)包括泄漏時(shí)間、泄漏地
點(diǎn)、泄漏源、泄漏物質(zhì)等；泄漏情況包括容器儲(chǔ)
量、容器壓力、介質(zhì)溫度、持續(xù)時(shí)間、泄漏位置、
裂孔形狀、裂孔尺寸、射流方向等；液池情況包括
有無防波堤、地溝情況、液池現(xiàn)象、有無冰凍現(xiàn)象
等。
9
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泄漏系數(shù)的確定直接影響氣體泄漏速度的計(jì)
算，一般而言，泄漏系數(shù)的取值范圍在0．6～1．0之
間。按泄漏孔的形狀可分： 圓形孔，C =1．0； 三
角孔，Co=0．95； 長形孔，C。=0．90?？卓跒閮?nèi)層
腐蝕形成的漸縮孔， 則0．9<1．0；孔口為外力>

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