綜合管廊燃?xì)猹?dú)立艙室通風(fēng)系統(tǒng)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?xì)夤艿滥馨踩腭v安全管廊，通過CFD軟件模擬出中壓0.2MPa及0.4MPa下，不同通風(fēng)換氣次數(shù)下燃?xì)庑孤┑臄U(kuò)散情況和通風(fēng)情況，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分析出不同燃?xì)鈮毫εc通風(fēng)換氣次數(shù)下（未能關(guān)閉分區(qū)閥門的特殊工況）燃?xì)庑孤U(kuò)散的規(guī)律，燃?xì)馀搩?nèi)燃?xì)庑孤U(kuò)散與時(shí)間的關(guān)系，并給出合理的搶險(xiǎn)施工建議。

關(guān)鍵詞：綜合管廊 ?燃?xì)猹?dú)立艙 ?通風(fēng) ?泄漏 ?CFD模擬

中圖分類號(hào)：TU990.3 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）03（b）-0023-02

關(guān)于燃?xì)庑孤U(kuò)散問題的研究尤其是軟件模擬方法，已經(jīng)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(duì)未能正常進(jìn)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(duì)燃?xì)猹?dú)立艙泄露事故未及時(shí)關(guān)閉閥門進(jìn)行模擬，來分析燃?xì)庑孤稘舛入S時(shí)間的變化情況，并做出規(guī)律總結(jié)，并提出合理建議。

1 ?研究方法

1.1 綜合管廊內(nèi)天然氣擴(kuò)散的CFD數(shù)值模擬

CFD中的FLUENT軟件包含豐富而先進(jìn)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(yīng)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(shù)值模擬的第一步。該文模擬燃?xì)馀撻L200m、寬1.8m、高2.5m，燃?xì)馀搩?nèi)天然氣管道直徑為426mm，泄露孔設(shè)置在模型正中間，為矩形曲面孔，邊長50mm。有動(dòng)力機(jī)械進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口分別設(shè)置在燃?xì)馀摰膬啥恕Ｓ肐CEM建立三維燃?xì)馀撃Ｐ?，泄漏簡化模型見圖1。選擇天然氣管艙頂部每15m設(shè)置一個(gè)天然氣報(bào)警探測器，以監(jiān)測探測器報(bào)警響應(yīng)時(shí)間。

1.3 邊界條件

進(jìn)風(fēng)口設(shè)置為速度入口，管廊天然氣管艙內(nèi)正常換氣次數(shù)為6次/h，事故換氣次數(shù)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(jié)果及分析

2.1 燃?xì)庑孤U(kuò)散模擬結(jié)果

首先對(duì)正常通風(fēng)下燃?xì)庑孤哆M(jìn)行模擬，之后進(jìn)行事故通風(fēng)下燃?xì)庑孤赌M。模擬結(jié)果如圖3所示。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

模擬結(jié)果列于表1中。

2.2.1 通風(fēng)換氣次數(shù)對(duì)燃?xì)庑孤┑挠绊?/p>

由表1可知，0.4MPa下泄露點(diǎn)下風(fēng)側(cè)20m處到達(dá)爆炸下線的時(shí)間依次為7.5s、6.3s、5.3s;35m處到達(dá)爆炸下線的時(shí)間依次為14.4s、12.0s、10.5s;50m處到達(dá)爆炸下線的時(shí)間依次為24.6s、20.8s、17.5s。由結(jié)果分析可知，隨著換氣次數(shù)的增加，泄露點(diǎn)下風(fēng)口到達(dá)爆炸下線的時(shí)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(duì)燃?xì)庑孤┑挠绊?/p>

由表1數(shù)據(jù)可知，0.2MPa燃?xì)夤艿腊l(fā)生泄漏，在事故通風(fēng)換氣次數(shù)<24次/h情況下，在泄漏點(diǎn)上風(fēng)側(cè)形成的爆炸范圍<10m，在0.4MPa相同換氣次數(shù)下，上風(fēng)側(cè)形成的燃?xì)獗舛确秶?15m，即上風(fēng)側(cè)15m以外將不會(huì)有爆炸風(fēng)險(xiǎn)。表明每增加一倍壓力，上風(fēng)側(cè)爆炸濃度范圍增加大約5m。同時(shí)可知下風(fēng)側(cè)5m、20m、35m監(jiān)測點(diǎn)處隨著壓力的升高，到達(dá)爆炸下限的時(shí)間依次減少1～1.5s、1.5～2s、4～4.5s。綜上所述，管道內(nèi)燃?xì)鈮毫εc通風(fēng)換氣次數(shù)對(duì)爆炸范圍和危險(xiǎn)時(shí)間影響極大，總結(jié)出其規(guī)律對(duì)燃?xì)馔L(fēng)安全及事故搶險(xiǎn)有重要意義。

3 ?結(jié)語

針對(duì)于發(fā)生燃?xì)庑孤┒醇皶r(shí)關(guān)閉上游燃?xì)忾y門情況，通風(fēng)換氣次數(shù)越大，上風(fēng)側(cè)的安全范圍越大，主要危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)橄嘛L(fēng)側(cè)，若艙內(nèi)存在人員，往上風(fēng)逃生更為合理;而針對(duì)不同燃?xì)鈮毫?，不同的通風(fēng)換氣次數(shù)能有效地控制泄漏口下風(fēng)側(cè)爆炸范圍，在緊急搶險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)首先關(guān)閉上風(fēng)側(cè)閥門，這對(duì)于救援和處理故障施工更加有利。

參考文獻(xiàn)

[1] 林圣劍.廊內(nèi)燃?xì)猹?dú)立艙室通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模擬與控制研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017.

[2] GB 50028-2006，城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/5049-2009，石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50838-2015，城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2015.