Моделирование процесса образования и перемещения облака при истечении СПГ из аварийных отверстий и трубопроводов

Цели и задачи
Основными целями работы являются: разработка методики расчета параметров пятна пролива, облака природного газа, определение пожаровзрывоопасной зоны.
2

Цели и задачи
Исследовать аналоги разрабатываемой методики;
Описать физическую картину явления;
Произвести математическое описание процессов;
Разработать алгоритм и реализовать компьютерную программу;
Провести расчеты, проанализировать результаты.
Задачами работы являются:
3

Исследование возможных утечек
Расчеты с применением общепринятых программных продуктов CFD-моделирования (вычислительная динамика жидкости и газа) таких как DEGADIS, BLEVE, VCE, RPT: GASTAR и др. приводят к разнице в определении расстояния от точки разлива до границы зоны опасной концентрации до 2 раз.
Ряд исследователей (Italian Association of Chemical Engineering (AIDIC) утверждают, что средства вычислительной динамики жидкостей и газа пока не могут полностью заменить расчетные инженерные методы
4

Утечки СПГ при повышенном давлении (из трубопроводов отгрузки);
Утечки СПГ при атмосферном давлении (из резервуаров хранения или из трубопроводов загрузки резервуаров);
Утечки СПГ в воду;
Резкое повышение давления в резервуаре хранения из-за самопроизвольного перемешивания СПГ (Rollover).
Возможные опасные ситуации:
5

Скорость истечения и объем протечки СПГ;
Свойства, в том числе температуру, поверхности пролива;
Скорость ветра;
Ограничение площади пролива.
Методика расчета утечек должна учитывать:
6

C1 > C2 > C3
СПГ
T0
Tос
Tк
х
Основание
Перекрытие
Длительный пролив (истечение)
7

C1 > C2 > C3
СПГ
T0
Tос
Tк
х
Основание
Перекрытие
Мгновенный пролив (разрыв)
8

Влияние скорости ветра на расстояние до пожароопасной зоны
Динамика изменения концентрации
на границе облака в зависимости
от объема вылившегося СПГ
10 м3 (x = 184 м)
50 м3 (x = 315 м)
100 м3 (x = 397 м)
V = 50 м3
Мгновенный пролив
C =15 %, V = 50 м3
пузырьковое
пленочное
Длительный пролив
пузырьковое
пленочное
9

Пусть трубопровод СПГ имеет повреждение диаметром 250 мм. СПГ вытекает в пространство, ограниченное верхней палубой опорного основания и промежуточной палубой такой же формы. Боковая поверхность этой призмы может быть открыта и все пространство между верхней палубой опорного основания и промежуточной палубой высотой 8 м может продуваться, а может быть зашита панелями (проницаемыми или непроницаемыми). Длительность истечения 15 минут. За это время из трубопровода выльется до 50 м3 СПГ.
Пример решения
10

11
При данных условиях из всей пролитой массы СПГ – 19285 кг за первые 14 секунд испаряется 4658 кг. Полностью СПГ испаряется за время, несколько большее 6 минут. Со 2-й секунды по 14-ю секунду радиус облака увеличивается от 6,2 м до 10,1 м. При этом концентрация метана на границе облака (ядра) за время полного испарения и росте радиуса облака до 20,65 м остается практически максимальной (около 98,9%).
Мгновенный пролив (разрыв)

Затем при отсутствии ветра будет происходить диффузионное расширение облака с постепенным снижением концентрации. Безопасное расстояние не рассчитывается, т.к. по методике эта величина определяется для случая с наличием ветра.
Мгновенный пролив (разрыв)
12

13
Длительный пролив (истечение)
В данном случае истечение происходит равномерно в течение 15 мин. Одновременно происходит испарение, поэтому пятно пролива 3090 м2 меньше, чем в предыдущем примере (3723 м2). Окончательный радиус облака за это время достигает 31,7 м, а концентрация на его границе около 93,5 %.