基于LabVIEW的電廠燃油儲罐泄漏模擬程序設(shè)計

王文杰 劉帆

【摘要】為了真實模擬電廠燃油儲罐泄漏的變化規(guī)律，在分析液體儲罐泄漏模型和蒸發(fā)模型的基礎(chǔ)上，基于LabVIEW虛擬儀器平臺，設(shè)計了一款電廠燃油儲罐泄漏模擬程序。通過輸入儲罐的設(shè)計資料，燃油的存儲情況及油罐車卸油進罐的流速等指標，可以模擬出儲罐泄漏的變化情況及各時刻的泄漏量和蒸發(fā)量。仿真實驗結(jié)果表明：電廠燃油儲罐泄漏速率高，短時間泄漏量大；蒸發(fā)速率隨時間的推移呈顯著的指數(shù)增長。模擬結(jié)果符合客觀實際，為電廠燃油儲罐的安全管理提供了有益參考。

【關(guān)鍵詞】電廠儲罐；泄漏；蒸發(fā)；LabVIEW虛擬儀器

1、引言

火力發(fā)電廠一般將輕柴油存儲于封閉的儲罐中，由于輕柴油中含有一定量的硫化物、環(huán)烷酸和氯鹽[1]，加之個別電廠的地理位置靠近海洋，儲罐長期處在強風(fēng)和潮濕的環(huán)境中，極容易出現(xiàn)腐蝕性泄漏的情況。液態(tài)燃油泄漏可能會引發(fā)火災(zāi)、爆炸和擴散中毒事故，造成極其嚴重的后果[2]。因此，對電廠燃油儲罐泄漏過程的正確研究是控制事故發(fā)生，提高電廠安全管理的前提條件。由于電廠燃油儲罐規(guī)模龐大，實驗?zāi)M的難度極大，而運用計算機仿真則能很好的解決這一問題，同時節(jié)約了成本，縮短了研究周期。本文針對電廠燃油儲罐泄漏的特點建立了儲罐泄漏和蒸發(fā)模型，基于LabVIEW虛擬儀器平臺開發(fā)了一套動態(tài)仿真模擬程序，該程序可以展現(xiàn)儲罐泄漏后實時的泄漏量和蒸發(fā)量，并圖形化的展現(xiàn)該兩種定量指標的變化趨勢，為電廠燃油儲罐區(qū)的安全評價和應(yīng)急救援管理提供了有益參考。

2、材料與方法

2.1軟件的開發(fā)環(huán)境

實驗室虛擬儀器工程工作臺簡稱LabVIEW，是一個用于開發(fā)虛擬程序語言的平臺軟件。通過系統(tǒng)軟件的框圖來組成算法，然后形成用戶界面，算法、條件、功能都包括在詳細的框圖之中，框圖的性質(zhì)在每個分行代碼和終端決策中得以體現(xiàn)[3]。LabVIEW最大的特點之一是具有較好的數(shù)據(jù)圖形化功能，通過圖形展示的數(shù)據(jù)變化趨勢，可使結(jié)果一目了然。并且其圖形代碼（G代碼）的設(shè)計方式降低了開發(fā)的難度和周期。

2.2儲罐的泄漏模式及數(shù)學(xué)模型

2.2.1泄漏模型。燃油儲罐泄漏主要是由于油品中存在強氧化性和強腐蝕性的化合物，加之環(huán)境潮濕而形成腐蝕小孔，泄漏發(fā)生的部位一般是儲罐的底部。泄漏的流速和液面高度、儲罐內(nèi)外壓差有關(guān)。由于小孔的泄漏量相對于整個儲罐的存儲量不大，所以在瞬時或短時間內(nèi)的泄漏可以看做壓強差沒有變化，根據(jù)伯努利方程[4]來計算，泄漏的速率為：

2.2.2蒸發(fā)模型。液體油品流出泄漏口，掉落在地面形成液池，液池在表面張力的作用下以圓形均勻向外擴展，忽略液體粘性，最終形成等厚度的圓形液池。液池在風(fēng)和大氣的作用下出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，液池蒸發(fā)的速率可根據(jù)理想氣體方程[5]：

3 儲罐泄漏模擬程序設(shè)計

3.1 模塊和設(shè)計流程

將上述計算模型置入LabVIEW虛擬儀器平臺進行編程，該程序有數(shù)據(jù)輸入模塊，模型算法模塊和結(jié)果顯示模塊。其中模型算法是核心模塊，選擇輸出格式，可以輸出數(shù)值和圖形兩種顯示格式，便于使用者根據(jù)用途進行選擇，程序設(shè)計流程圖如圖1所示。

3.2程序應(yīng)用

滄東發(fā)電廠燃油儲罐區(qū)使用儲罐的基本資料如表2所示。某時刻罐內(nèi)已存放#0輕柴油833t，此時有油罐車卸油進罐，使用卸油泵流量為23.4m3。假設(shè)此時儲罐底部出現(xiàn)面積為0.0025m2的長方形泄漏孔，運用本系統(tǒng)計算卸油過程中5分鐘內(nèi)的泄漏情況，得出儲罐的初始泄漏速率為15.0243kg/s，最終的泄漏速率為14.9988kg/s，總泄漏量高達4488.47kg；初始蒸發(fā)速率為2.771×10-5kg/s，最終蒸發(fā)速率為6.05×10-3kg/s，總蒸發(fā)量為0.9334kg。泄漏量和蒸發(fā)量的實時變化如圖2所示。

由圖（a）可知，油罐車卸油進罐和泄漏共同作用，導(dǎo)致了泄漏流量逐漸增加，但由于腐蝕孔較小，泄漏量遠遠小于儲罐的存裝量，導(dǎo)致泄漏量曲線變化不明顯；由圖（b）可知，泄漏液體的蒸發(fā)量明顯呈指數(shù)增長，這是由于流出液體形成的液池擴大速度極快，液體的單位蒸發(fā)面積也隨之擴大，蒸發(fā)速率呈指數(shù)增長。兩種曲線的變化是符合客觀規(guī)律的，由此可見LabVIEW的動態(tài)模擬結(jié)果是合理的。而在此作業(yè)過程中，僅5分鐘儲罐的泄漏量就達到了4t以上，足見燃油儲罐泄漏事故的嚴重程度，需要對其進行重點管理。

4、結(jié)論

本文針對電廠燃油儲罐泄漏的特點，設(shè)計了燃油儲罐泄漏模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以準確的模擬儲罐的泄漏過程，計算出任意時刻的泄漏量和蒸發(fā)量等定量參數(shù)，并展現(xiàn)出其變化趨勢，在儲罐存量動態(tài)變化時也能起到較好的效果。運用該系統(tǒng)可以較好的模擬儲罐泄漏的事故后果，企業(yè)可以此為依據(jù)安排應(yīng)急救援力量，同時也為儲罐的安全評價提供了一定的參考。

參考文獻

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[5] Mackay D， Matsugu R S. Evaporation rates of liquid hydrocarbon spills on land and water[J]. The Canadian Journal of Chemical Engineering， 1973， 51（4）： 434-439.

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作者簡介

王文杰（1986-），男，籍貫廣東，研究生，現(xiàn)供職于佛山市三水區(qū)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，歷任神華河北國華滄東發(fā)電有限責任公司安全主任，研究方向：安全和環(huán)境領(lǐng)域。