火灾环境下液化气储罐热响应动力过程的研究

【摘要】：液化气储罐火灾爆炸事故是液化气生产、储存、运输过程中常见的事故类型,事故一旦发生将对人民生命和国家财产造成重大损失。储罐爆炸的重要原因之一是受到火灾的作用造成储罐压力升高。对液化气储罐在火灾作用下的热响应行为的研究,可以为液化气储罐事故预防和控制提供重要的理论依据。为此本文从以下几个方面进行了研究。 作为研究工作的基础,本文进行了液化石油气和油品基础物性数据的计算研究。针对液化石油气和油品多组份的特点,给出了单组份热力学参数和传递参数的计算关系式,并根据混合规则给出了混合物的计算关系式。对于液化石油气体,分别按液体和气体计算其相关参数。此外,对液化石油气在高压下的过热极限的计算方法进行了研究,利用液体的RK立方型状态方程,通过求极值点的方法,计算其在高压力下的过热极限。 对液化石油气储罐进行了火灾和爆炸实验研究。设计并建立了液化石油气储罐火灾和爆炸研究的实验装置。并用实验装置进行了一系列的火灾和爆炸实验,实验结果表明,在火灾作用下储罐内液化石油气温度有明显的分层现象,分层加快了储罐内的压力升高速度,具有明显的增压效应。储罐的热响应受到火灾类型、储罐型式、充装水平等多因素的综合影响。储罐内的液相在火灾作用下可以处于过冷或过热状态。储罐压力随时间的响应关系可以用三次多项式拟合。 对液化气储罐的火灾环境的数值模拟研究。采用非预混燃烧的数学模型,并采用概率密度函数方法对燃烧的产物组份和温度场进行模拟,采用离散传播辐射(DTRM)模型和k-ε紊流模型对流场和辐射进行模拟。分别对无风和有风条件下的池火灾以及喷射火焰作用于卧式储罐、立式储罐和球罐时的流场和温度场进行了模拟,并对储罐表面的热辐射和总热流密度进行了模拟和计算。 建立了液化气储罐热响应的物理和数学模型。研究中,液化气体储罐热响应的物理模型的建立没有采用近似性假设和简化,因而模型更精确。液化气体液相和气相热响应数学模型的建立,模型考虑了液相中气泡的产生和运动对液相和气相热响应的影响。 对液化石油气储罐在火灾作用下的热响应的进行了数值模拟研究。将模拟结