池火环境下液化石油气储罐响应规律及影响因素

有关液化石油气(LPG)储罐火灾爆炸的研究,国内外研究者对池火环境下LPG储罐的热响应规律开展了大量的实验研究和数值模拟工作,但研究结果尚难以给出通用规律。为此,利用FLUENT软件建立了池火灾环境下LPG储罐热响应模型,以英国HSE管理局现场实验的卧式LPG储罐为例进行了三维数值模拟,计算结果与实验实测结果吻合较好。数值模拟结果表明:①池火环境下储罐内介质温度分布总体上呈现上部高下部低的趋势,气相及液相区的温度分层明显;②储罐内介质压力上升速率随着充装率的增大而增大;③LPG储罐失效是由介质温度升高导致的储罐内介质压力升高和气相区壁温升高导致的材料强度下降共同引起的。     

液化石油气储罐热响应影响因素模拟分析

液化石油气储罐在火灾作用下内部的温度和压力迅速上升, 会引起储罐爆炸, 进而酿成危害性更大的二次灾害。为了揭示液化石油气储罐对火灾的热响应规律, 介绍了液化石油气储罐在火灾下的热响应过程和机理, 应用数值模拟程序LPGTRS对热响应过程进行模拟, 并对各影响因素对热响应的影响进行了定量模拟分析。从影响储罐热响应的因素分析可知, 安全阀、绝热保护层、充装率、火焰环境温度、储罐大小等对储罐的压力和温度响应都有明显影响。因此, 可以采取增加安全阀排放面积和绝热保护层厚度, 控制储罐的充装率等, 来减缓储罐在火灾作用下的压力和温度升高速度, 从而为防止储罐爆炸和灭火救援提供时间和安全保障。     

液化石油气储罐火灾模拟试验——池火灾环境下

液化石油气储罐在火灾作用下，其内部的温度和压力会迅速上升，从而可能引起储罐爆炸，进而酿成危害性更大的二次灾害。为此，对液化石油气储罐在池火灾环境下的热响应情况进行了大量的模拟试验研究。研究发现，储罐在池火灾作用下存在着明显的热分层，热分层加速了储罐内部压力升高的速度；储罐内部温度分布和压力响应受到储罐类型、充装水平等因素的影响，压力随时间的变化关系可以用三次多项式加以拟合。     

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液化气储罐受到火焰侵袭时，靠近壁面的液化气温度首先升高，自然对流上升至储罐上部后形成热分层区：分层区温度较高，并决定了储罐内的温度。研究液化气储罐中的分层现象有利于我们认识液化气在存储和出现事故时的压力变化过程，为工业生产提供安全保障。为此，主要针对液化石油气储罐在受到外部热源侵袭时出现的分层现象进行了分析，建立了液化石油气分层模型，并将分层模型和均相模型的计算结果进行了比较，得出了分层区对增压过程的影响。另外还分析了热流密度和液化石油气充装度对分层区形成的影响。结果认为：①由于分层区的存在，液化石油气储罐受热增压速度显著加快；②在一定的范围内，热流密度和充装度的增大会使液化气储罐内压力上升速度加快，缩短了达到安全阀开启压力的时间。     

小型LPG储罐火灾超压预警研究

本文针对液化石油气储罐泄漏火灾事故,建立了耦合储罐泄漏进程和LPG火灾燃烧热模型的储罐超压模型,对LPG储罐泄漏、火灾、罐体超压进行了模拟。确定了不同充装率、不同泄漏孔径储罐罐体内部压力的变化,确定了90%充装率下最危险的泄漏孔径、最短预警时间,可为预防和控制罐体超压失效事故提供技术支持。     

液化石油气储罐火灾模拟试验——喷射火焰环境下

液化石油气储罐在火灾作用下，其内部的温度和压力迅速上升，从而会引起储罐爆炸，进而酿成危害性更大的二次灾害。为此，对液化石油气储罐在喷射火焰环境下的热响应情况进行了大量的模拟试验研究。研究发现，储罐在喷射火焰作用下热分层比池火灾更明显，储罐内部压力升高的速度比池火灾更快；储罐内部温度分布和压力响应同样受到储罐类型、充装水平等因素的影响。因此喷射火焰较之于池火灾具有更大的危险性，储罐更容易发生爆炸。     

液化石油气分层增压过程

主要针对液化石油气储罐受热侵袭时出现的分层现象进行了实验研究。通过自行设计的液化石油气储罐加热系统,便于分析热流密度对分层升压过程的影响。实验数据表明,随着热流密度的增加,升压速度也将增大。同时,在液化石油气中,不同位置上的温度变化也是不同的。越接近上部,温度越高,温度增加也越快。实验结果说明,受热时液化石油气中存在着热分层现象,它影响着液化石油气的温度分布和升压过程。     

环境温度初始压力对LNG气瓶静态升压速率的影响

本文以380L高真空多层绝热气瓶为研究对象,通过在不同环境温度和初始压力下,对低温绝热气瓶的静态升压速率进行测试,结果表明气瓶的静态升压速率会随着环境温度的升高而增大,但随着初始压力的增大而减小。     

考虑储层孔隙介质分形特点的衰竭气藏储气库储层压力分布预测

考虑储层孔隙介质分形特点以及储层压力变化对储层介质渗流参数的影响,根据气体不稳定渗流理论,建立了衰竭气藏储气库储层压力动态分布的分形渗流模型,并推导出了注气过程动态储层压力的预测公式。在对本文模型计算结果与三维渗流模型计算结果对比分析基础上,研究了分形维数、弯曲率、储层厚度、气体黏度、注气速率和注气时间对地下储气库储层压力分布的影响,并计算了国内某衰竭气藏储气库BN-4井注气后的储层压力分布。结果表明:本文所建立的模型具有较高的计算精度,可以满足实际工程计算需求;分形维数和渗透率随着孔隙度的增大而增大,储气库储层介质的应力敏感性受毛细管外壁的岩性影响较大;衰竭气藏储气库的储层压力随着储层介质弯曲率、气体黏度、注气速率、注气时间的增大而增大,随着分形维数和储层厚度的增大而减小;分形维数、储层厚度、注气速率、注气时间对储气库储层压力的影响比较显著,而介质弯曲率和气体黏度对其影响不明显。为充分利用储气库储层,实际工程中注气井的间距不宜过大及可适当延长注气时间。     

影响LNG槽车运输储罐压力的因素分析

应用动态模拟软件,建立LNG槽车满载和空载运输系统动态模型,研究LNG槽车运输过程中储罐内操作压力、操作温度和液位的动态变化趋势。分析表明:LNG槽车满载长距离运输储罐压力上升较小,不易造成储罐超压泄放,安全性较高;空载运输较满载运输储罐升压速率更快;LNG储罐空载液位5%可实现LNG槽车储罐处于冷却状态。     

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液化石油气储罐因外部火灾导致其内部压力迅速上升，同时伴以材料强度下降，极易引发BLEVE爆炸和火球，危及人员和财产的安全，造成严重后果。因此研究火灾对储罐的影响对于预防和控制事故意义十分重大。中重点探讨了液化石油气储罐中最常用的16MnR钢在火灾作用下的力学响应规律：首先进行高温下的力学性能试验研究，得出了16MnR钢在温度不超过600℃时的各项力学性能指标(包括应力-应变曲线、屈服强度、极限强度、延伸率、弹性模量等)随温度变化的规律；同时研究了储罐对火灾的温度、压力响应规律；并利用实验数据对储罐的失效压力进行了分析研究，从而可以预测储罐的爆炸时间。试验结果表明，16MnR钢在高温下强度、延伸率等明显下降，600℃时仅为常温下的20％～30％。储罐壁温在火灾中迅速上升，最高温度可以达到600～700℃，此时液化石油气储罐的爆破压力仅为常温下的25％，而储罐内部压力则上升到正常压力的2倍以上，储罐在10分钟左右即发生爆炸。     

吸附式天然气储罐充放气过程的试验研究

为研制替换家庭用LPG储罐的吸附式天然气(ANG)储罐进行了对比试验。针对ANG技术在应用过程中涉及如何管理吸附热效应的问题,选择比表面积为2 074m2/g的SAC-02椰壳活性炭,容积为1.5L的柱状钢制压力容器,在15L/min的充放气流率下,测试并分析了循环换热水管布置形式、循环水温度及充放气方式变化对储罐吸附床中心温度和储罐累积充/放气量的影响。结果表明,储罐中心在布置螺旋形换热水管后的温度变化幅度比布置U形换热水管时减少约10℃,储罐总充/放气量相应增加18%和14%;储罐换热水管循环常温自来水就能有效抑制储罐吸附床的温度波动;选用多孔管充/放气可使储罐中心温度上升/下降的幅度分别减小15℃和10℃,但会造成储罐总的充放气量下降2%和7%。家庭用ANG储罐可选用自来水冷却/加热吸附床,在选择换热管和充放气时需兼顾其对储罐总充/放气量的影响。     

海上浮式生产储卸油装置大型液化石油气储罐设计与校核

海上浮式生产储卸油装置(FPSO)上的大型液化石油气储罐具有储存的介质易燃、易挥发,储存量大,晃动幅度大等特点,其设计与校核目前没有专用的标准和方法。针对南海某FPSO上的大型液化石油气储罐进行机械设计研究,解决液化石油气储罐的壁厚、多鞍座和破波浪板等设计难点问题。建立有限元模型对各个工况下液化石油气储罐及其结构进行强度校核,同时建立计算流体力学模型对液化石油气储罐的晃动情况进行模拟。强度校核和数值模拟结果表明,液化石油气储罐本体、内部加强圈以及鞍座等结构的设计满足各种工况条件的要求,在储罐罐内增加破波浪板后能够有效抑制罐体内液体的晃动,降低液体对罐体的冲击与压强,确保液化石油气储罐在FPSO上的使用安全。     

混凝土水下油罐的传热分析与数模计算

本文研究混凝土水下油罐采用油水置换工艺贮存高凝原油的传热规律,它是工艺设计与结构设计的重要依据.这种传热过程比较复杂,本文基于对贮油罐进行模拟试验和温度场变化规律的大量实测数据,通过分析研究,建立油罐的分区传热模型,用有限差分法对不稳定传热的温度分布和散热量进行数模计算,求得高凝原油在贮存条件下的表观导热系数.为0.325T_i^1/2;相应原油的“临界导热温度”T_x为41℃,应用数模计算贮油罐内温度分布和随时间的变化规律,得到各节点的实测温度与计算值的平均偏差<±1℃,表明分区传热模型较清晰、合理地反映了贮罐内原油、海水、油水界面、罐壁砂套以及环境温度相互间的传热特征;数模还提供了热油通过罐顶、罐壁和油水界面分别的散热量随贮存时间的变化曲线,计算表明,原油通过油水界面的散热量仅占原油总散热量的2.1～3.1%,由此结果进一步论证了油水置换工艺贮存高凝原油的可行性.     

高压缩比稀薄燃烧天然气发动机的燃烧与排放特性

在稀薄燃烧技术的基础上,提高压缩比可以深入发掘稀薄燃烧天然气发动机的潜能,进一步改善天然气发动机的热效率。为此,在一台进气道喷射天然气发动机上,研究了过量空气系数以及压缩比对发动机燃烧和排放特性的影响。在压缩比分别为10和12的情况下,调整过量空气系数变化范围为1.0～1.4。试验结果表明：随着过量空气系数的增加,最高燃烧压力、最大压力升高率与缸内最高燃烧温度均先升高后下降,气耗率先下降后升高,平均指示压力的循环变动最高不超过8%,CO排放量大幅降低,HC排放量先降低后升高,NO_x排放量先略微升高后大幅降低。提高压缩比后,发动机热负荷增加,气耗率降低,平均指示压力的循环变动系数升高,CO排放量降低,HC排放量升高,NO_x排放量变化不明显。