内浮顶罐组油气泄漏扩散叠加效应的数值模拟与(4)
图20 罐内随浮盘径向距离分布的油气浓度Fig.20 Oil vapor concentration distribution in internal floating-roof tank along radial distance on floating deck
图20为实验测量的油气在罐内不同高度,随浮盘径向距离的浓度分布情况。紧贴浮盘上方的油气浓度相对较高,在两侧边圈泄漏位置最高,在气窗高度位置,由于气流旋涡导致的油气叠加,在罐的前侧浓度偏高。
图21 油气质量分数云图Fig.21 Oil vapor mass fraction distribution cloud diagram
图22 四罐近地面高度XZ面的油气扩散分布Fig.22 Oil vapor diffusion distribution of four internal floating-roof tanks onXZplane near ground
图21 为罐内浮盘和罐壁油气的质量分数分布云图,浮盘边圈缝隙处的油气浓度最大,油气的分布沿浮盘X轴径向呈现镜像分布,罐B2 的浓度比罐B1 要高,这是由于罐B2 受到的环境风比罐B1要小,油气不能够很好地沿着气窗扩散出去。结合流线图可以看出,B1 的油气由于前部的气流旋涡,所以主要沿迎风侧罐壁向上方运动,B2 的油气从浮盘缝隙泄漏出来以后,主要沿背风侧的罐壁向罐顶运动,油气最终主要聚集在罐B2 的后半部分空间。
图22 为油气在XZ面,近地面高度浓度分布云图。整体的油气扩散呈现卡门涡街的形态,前后罐之间发生偏转,在C2、C3罐之间与C3、C4罐的后方,油气浓度偏大;图23 为该工况下,C1、C2、C3、C4 四个罐在浮盘中心点XY平面浓度分布云图,前面2 个罐的浓度很低,C1、C2两罐在气窗处,由于有大量的气体进入,有一段浓度几乎为0的区域,气流带动罐内气体整体进行顺时针方向的转动,下方的浓度高于顶部区域浓度,位于后面的C3、C4 两个罐的罐内浓度均大于C1、C2,在后方的浮盘缝隙至罐壁气窗的垂直区域,均有较大浓度的油气积攒,且C4 罐在该区域的浓度大于C3 罐,结合图24 的气窗高度下XZ平面的罐内油气浓度分布云图可以看出,C4 罐的油气浓度最高,C3 罐其次,后方的两个罐均大于前面的罐,C1、C2两罐的浓度值几乎一致,所以下风向的储罐和储罐后方应为监测的重点区域。由于该情况下出现卡门涡街,油气在油罐的后方是按着类似“S”形规律性地摆动,所以油气聚集的区域在不同的时刻,上下会呈现出规律性的对称分布,即罐内外的风场风压和油气分布规律上下交换,镜像分布。
5 结 论
开展了内浮顶罐组的油气泄漏扩散数值模拟与风洞实验研究。通过风洞平台,对物理模型和软件模拟方法进行可行性验证。然后采用数值模拟方法,模拟了不同罐数量下的流场与浓度场分布情况,研究了油气从浮盘边圈位置泄漏后的扩散规律,并重点考察多罐的叠加效应,研究结果主要如下。
图23 四罐罐内油气浓度云图Fig.23 Oil vapor concentration distribution cloud diagrams in four internal floating-roof tanks
图24 四罐XZ平面气窗高度罐内油气浓度分布云图Fig.24 Oil vapor concentration distribution cloud diagram in four internal floating-roof tanks onXZplane at height of vents
(1)风速在不同罐数量的情况下,罐前迎风侧的分布规律基本相似,在前方罐底处,有很小的回流区,在背风侧,出现了整体趋势向下运动的较大回流区,双罐和四罐还在罐间形成了一定数量的气体旋涡,油气容易在这些旋涡处产生积聚。
(2)由于四罐情况下出现卡门涡街,油气在油罐的后方是按着类似“S”形规律性地摆动,所以油气聚集的区域在不同的时刻,上下会呈现出规律性的对称分布,即罐内外的风场风压和油气分布规律上下交换,镜像分布。
(3)当浮盘发生泄漏时,后方罐的油气浓度比前面的罐大,且油气主要聚集在浮盘上方空间的后方区域,油气泄漏出气窗后,经过实验和模拟发现在罐的后方区域油气浓度超过2 个罐之间的浓度,建议在实际情况中,更多地监测后方罐的罐外底部区域和浮盘后上方区域。
研究所用的是经过一定简化的模型,在实际中还会有防火堤的存在,所以在后续的研究中可以考虑加入防火堤后油气浓度的分布情况。
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文章来源:《油气储运》 网址: http://www.yqcyzz.cn/qikandaodu/2021/0329/401.html
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