綜合管廊燃氣獨立艙室通風系統安全性分析

王文成 張鵬 何塵梟 葉亞西 孟書嫻 徐義恒

摘 ?要：為了確保燃氣管道能安全入駐安全管廊，通過CFD軟件模擬出中壓0.2MPa及0.4MPa下，不同通風換氣次數下燃氣泄漏的擴散情況和通風情況，根據計算結果，分析出不同燃氣壓力與通風換氣次數下（未能關閉分區閥門的特殊工況）燃氣泄漏擴散的規律，燃氣艙內燃氣泄漏擴散與時間的關系，并給出合理的搶險施工建議。

關鍵詞：綜合管廊 ?燃氣獨立艙 ?通風 ?泄漏 ?CFD模擬

中圖分類號：TU990.3 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）03（b）-0023-02

關于燃氣泄漏擴散問題的研究尤其是軟件模擬方法，已經有了大量的研究成果，但都為正常事故處理方案下的模擬，對未能正常進行事故處理的情況研究方面，存在一定不足和缺陷。因此該研究針對燃氣獨立艙泄露事故未及時關閉閥門進行模擬，來分析燃氣泄露濃度隨時間的變化情況，并做出規律總結，并提出合理建議。

1 ?研究方法

1.1 綜合管廊內天然氣擴散的CFD數值模擬

CFD中的FLUENT軟件包含豐富而先進的湍流模型，能夠精確地模擬無粘流、層流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型組、k-ε模型組、雷諾應力模型（RSM）組、大渦模擬模型（LES）組以及最新的分離渦模擬（DES）和V2F模型等。此次研究采用的是k-ε模型組。

1.2 物理模型

建立所研究問題的物理模型，這是CFD數值模擬的第一步。該文模擬燃氣艙長200m、寬1.8m、高2.5m，燃氣艙內天然氣管道直徑為426mm，泄露孔設置在模型正中間，為矩形曲面孔，邊長50mm。有動力機械進風口、排風口分別設置在燃氣艙的兩端。用ICEM建立三維燃氣艙模型，泄漏簡化模型見圖1。選擇天然氣管艙頂部每15m設置一個天然氣報警探測器，以監測探測器報警響應時間。

1.3 邊界條件

進風口設置為速度入口，管廊天然氣管艙內正常換氣次數為6次/h，事故換氣次數為12次/h和24次/h，天然氣泄漏口選用壓力入口，泄漏壓力為P1=0.2MPa和P2=0.4MPa。天然氣出口選用壓力出口，出口壓力為101325Pa。

2 ?模擬結果及分析

2.1 燃氣泄漏擴散模擬結果

首先對正常通風下燃氣泄露進行模擬，之后進行事故通風下燃氣泄露模擬。模擬結果如圖3所示。

2.2 計算結果分析

模擬結果列于表1中。

2.2.1 通風換氣次數對燃氣泄漏的影響

由表1可知，0.4MPa下泄露點下風側20m處到達爆炸下線的時間依次為7.5s、6.3s、5.3s;35m處到達爆炸下線的時間依次為14.4s、12.0s、10.5s;50m處到達爆炸下線的時間依次為24.6s、20.8s、17.5s。由結果分析可知，隨著換氣次數的增加，泄露點下風口到達爆炸下線的時間減少，且隨著距離的增加，減少幅度越來越大。

2.2.2 不同壓力對燃氣泄漏的影響

由表1數據可知，0.2MPa燃氣管道發生泄漏，在事故通風換氣次數<24次/h情況下，在泄漏點上風側形成的爆炸范圍<10m，在0.4MPa相同換氣次數下，上風側形成的燃氣爆炸濃度范圍<15m，即上風側15m以外將不會有爆炸風險。表明每增加一倍壓力，上風側爆炸濃度范圍增加大約5m。同時可知下風側5m、20m、35m監測點處隨著壓力的升高，到達爆炸下限的時間依次減少1～1.5s、1.5～2s、4～4.5s。綜上所述，管道內燃氣壓力與通風換氣次數對爆炸范圍和危險時間影響極大，總結出其規律對燃氣通風安全及事故搶險有重要意義。

3 ?結語

針對于發生燃氣泄漏而未及時關閉上游燃氣閥門情況，通風換氣次數越大，上風側的安全范圍越大，主要危險區域為下風側，若艙內存在人員，往上風逃生更為合理;而針對不同燃氣壓力，不同的通風換氣次數能有效地控制泄漏口下風側爆炸范圍，在緊急搶險時，應首先關閉上風側閥門，這對于救援和處理故障施工更加有利。

參考文獻

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