综合管廊燃气独立舱室通风系统安全性分析

来源:用户上传      作者:王文成 张鹏 何尘枭 叶亚西 孟书娴 徐义恒

　　摘  要：为了确保燃气管道能安全入驻安全管廊，通过CFD软件模拟出中压0.2MPa及0.4MPa下，不同通风换气次数下燃气泄漏的扩散情况和通风情况，根据计算结果，分析出不同燃气压力与通风换气次数下（未能关闭分区阀门的特殊工况）燃气泄漏扩散的规律，燃气舱内燃气泄漏扩散与时间的关系，并给出合理的抢险施工建议。
　　关键词：综合管廊  燃气独立舱  通风  泄漏  CFD模拟
　　中图分类号：TU990.3   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）03（b）-0023-02
　　关于燃气泄漏扩散问题的研究尤其是软件模拟方法，已经有了大量的研究成果，但都为正常事故处理方案下的模拟，对未能正常进行事故处理的情况研究方面，存在一定不足和缺陷。因此该研究针对燃气独立舱泄露事故未及时关闭阀门进行模拟，来分析燃气泄露浓度随时间的变化情况，并做出规律总结，并提出合理建议。
　　1  研究方法
　　1.1 综合管廊内天然气扩散的CFD数值模拟
　　CFD中的FLUENT软件包含丰富而先进的湍流模型，能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型（RSM）组、大涡模拟模型（LES）组以及最新的分离涡模拟（DES）和V2F模型等。此次研究采用的是k-ε模型组。
　　1.2 物理模型
　　建立所研究问题的物理模型，这是CFD数值模拟的第一步。该文模拟燃气舱长200m、宽1.8m、高2.5m，燃气舱内天然气管道直径为426mm，泄露孔设置在模型正中间，为矩形曲面孔，边长50mm。有动力机械进风口、排风口分别设置在燃气舱的两端。用ICEM建立三维燃气舱模型，泄漏简化模型见图1。选择天然气管舱顶部每15m设置一个天然气报警探测器，以监测探测器报警响应时间。
　　1.3 边界条件
　　进风口设置为速度入口，管廊天然气管舱内正常换气次数为6次/h，事故换气次数为12次/h和24次/h，天然气泄漏口选用压力入口，泄漏压力为P1=0.2MPa和P2=0.4MPa。天然气出口选用压力出口，出口压力为101325Pa。
　　2  模拟结果及分析
　　2.1 燃气泄漏擴散模拟结果
　　首先对正常通风下燃气泄露进行模拟，之后进行事故通风下燃气泄露模拟。模拟结果如图3所示。
　　2.2 计算结果分析
　　模拟结果列于表1中。
　　2.2.1 通风换气次数对燃气泄漏的影响
　　由表1可知，0.4MPa下泄露点下风侧20m处到达爆炸下线的时间依次为7.5s、6.3s、5.3s;35m处到达爆炸下线的时间依次为14.4s、12.0s、10.5s;50m处到达爆炸下线的时间依次为24.6s、20.8s、17.5s。由结果分析可知，随着换气次数的增加，泄露点下风口到达爆炸下线的时间减少，且随着距离的增加，减少幅度越来越大。
　　2.2.2 不同压力对燃气泄漏的影响
　　由表1数据可知，0.2MPa燃气管道发生泄漏，在事故通风换气次数<24次/h情况下，在泄漏点上风侧形成的爆炸范围<10m，在0.4MPa相同换气次数下，上风侧形成的燃气爆炸浓度范围<15m，即上风侧15m以外将不会有爆炸风险。表明每增加一倍压力，上风侧爆炸浓度范围增加大约5m。同时可知下风侧5m、20m、35m监测点处随着压力的升高，到达爆炸下限的时间依次减少1～1.5s、1.5～2s、4～4.5s。综上所述，管道内燃气压力与通风换气次数对爆炸范围和危险时间影响极大，总结出其规律对燃气通风安全及事故抢险有重要意义。
　　3  结语
　　针对于发生燃气泄漏而未及时关闭上游燃气阀门情况，通风换气次数越大，上风侧的安全范围越大，主要危险区域为下风侧，若舱内存在人员，往上风逃生更为合理;而针对不同燃气压力，不同的通风换气次数能有效地控制泄漏口下风侧爆炸范围，在紧急抢险时，应首先关闭上风侧阀门，这对于救援和处理故障施工更加有利。
　　参考文献
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　　[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50838-2015，城市综合管廊工程技术规范[S].北京：中国计划出版社，2015.
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