海上平台冷放空可燃气体扩散的数值模拟研究.pdf

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1、第26卷第5期2011年10月中国海洋平台CHINAOFFSHOREPLATFoRMV01．26No．5oCt．．2011文章编号：1001-4500(2011)05-0011-06海上平台冷放空可燃气体扩散的数值模拟研究张明，王春升，衣华磊，陈绍凯，钱惠增(中海油研究总院，北京100027)摘要：为研究烃类物质大气排放所引起的潜在危险，针对某海上平台建立模型．并应用FLUENT软件对平台冷放空泄放气体扩散过程进行了数值模拟研究．研究了可燃气体扩散的基本规律，分析了不同风向、风速、泄放量、冷放空管径、以及泄放口朝向对可燃气体扩

2、散的影响．并将数值模拟结果与规范中的推荐值作了比较，并依据计算结果对冷放空管的设计提出了建议．关键词：冷放空I扩散；数值模拟中图分类号：TE58文献标识码：ATheNumericalSimulationonDiffusionofFlammableGasfromOffshorePlatformVentSystemZHANGMing，WANGChun-sheng，YIHua—lei，CHENShao-kai，QIANHui—zeng(CNOOCResearchInstitute，Beijing100027，China)Abstra

3、ct：Tostudythepotentialhazardsofflammablemixturesthatresultfromatmos—phericdischargeofhydrocarbons，thenumericalsimulationondiffusionofflammablemixturesiscarriedoutusingFLUENTsoftware．Accordingtothedimensionsofplatform，themodelisfounded．Theeffectofwinddirection，windsp

4、eed，dischargecapacity，diameterofventpipeandorientationofventnozzletothediffusionofflammablemixturesareanalyzedinthispa-per．Atlastsomeproposalsaboutthedesignofdischargesystemaremadeinthispaper．Keywords：vent；diffusion；numericalsimulation0引言泄放系统是海洋生产平台上非常重要的安全系统，其设计是否合

5、理，将直接影响平台的生产和安全[1]。冷放空气体在大气空间的运动规律实际上是一个非常复杂的气体扩散过程。采用CFD(计算流体动力学)方法的流体力学模型能够更好地描述气体在大气湍流运动中的物理现象，具有广泛的通用性，对于有障碍物或明显地形变化的复杂扩散过程更为可靠，国内相关领域学者已经对之进行了一定的研究。魏利军[2]利用k-e模型和SIMPLE算法对重气扩散过程模拟做了初步研究；丁信伟口3等结合风洞试验对危险性和易燃易爆的气体扩散进行了数值研究，王大庆“3对天然气扩散浓度进行了研究，解决了泄漏气体沿地面扩散所形成的危险区域预测

6、问题，对比分析了风速、泄漏孔径及泄漏时间对扩散危害面积的影响。从文献中看，以往的研究主要集中在泄漏工况下，对污染物扩散过程进行模拟。还很少有对海上平台冷放空系统可燃气体泄放收稿日期：2010—12—24作者简介：张明(1981一)，男，博士．·12·中国海洋平台第26卷第5期安全性的研究工作。受海上平台空间限制，冷放空管距离生产区、生活区较近，因此与陆上油田相比危险性更大。每个平台的气体速度和温度、气体相对分子质量、泄放量、风向、附近布置的设施情况、排放物进入大气的高度等条件各不相同嗍，但是目前冷放空管的设计工作缺少必要的计算

7、依据，主要以经验估算为主。因此，为了保证平台生产的安全，非常有必要对冷放空的扩散过程进行系统的研究，验证工程设计的安全性。1计算模型的建立某油田位于南海北部湾海域，平台处水深32．5m。油田常年最大风速20m／s，年平均气温22．9℃。平台设有冷放空系统，最大泄放量为2394kg／h，冷放空气体中可燃气体含量高，达到了93．6％。并且平台上设有高43m的井架结构，因此很有必要对平台甲板及井架结构周围的可燃气体浓度进行计算验证，保障平台安全。放空管位于平台上层甲板的西南角，初步设计放空管管径为76．2mm，放空管高12rfl。放

8、空气体温度为47℃，压力为150kPa，最大排放流量为2394kg／h，放空口最大气体流速为137．56m／s。混合气体的爆炸极限L。可由下式计算得到：r一!QQ。。坠牟堕牟⋯牟堡Ll。Ll’。L。式中；L。为混合气体的爆炸极限；u’．．·，n为各组份可燃气体的体积分数；Ll