Прогнозирование последствий аварийных залповых выбросов сжиженных газов

• Автор: Старовойтова, Евгения Валерьевна
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 195 с. : ил.

Содержание

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ПРОЦЕССЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСОВ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ

1.1 Основы процессов парообразования

1.1.1 Мгновенное вскипание жидкости

1.1.2 Аэрозолеобразование при мгновенном вскипании

1.1.3 Парообразование при кипении аварийного пролива сжиженного газа

1.1.3.1 Физические основы процесса парообразования при кипении пролива

1.1.3.2 Обзор существующих моделей кипения

1.1.4 Парообразование при испарении аварийного пролива сжиженного газа

1.1.4.1 Физико-химические основы процесса испарения
1.1.4.2 Обзор существующих моделей испарения
1.2 Выводы по главе
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПАРООБРАЗОВАНИЯ СЖИЖЕННОГО ГАЗА
2.1 Описание экспериментальной установки для проведения эксперимента
2.2 Методика проведения эксперимента
2.3 Расчет погрешностей измерений
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3 ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
3.1 Математическая модель парообразования и распространения сжиженного газа при аварийном выбросе
3.1.1 Математическая модель парообразования при аварийном выбросе сжиженного газа из емкостного оборудования
3.1.2 Моделирование распространения газообразного вещества в атмосфере
3.2 Проверка достоверности математической модели
3.2.1 Проверка достоверности математической модели парообразования84
3.2.2 Проверка достоверности математической модели рассеяния
газообразного вещества в атмосфере
3.3 Выводы по Главе
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1 Численный анализ процесса парообразования при кипении аварийного пролива сжиженного бутана
4.2 Исследование влияния влажности воздуха на процесс формирования взрывоопасного облака при аварийном выбросе сжиженного углеводородного газа
4.3 Исследование влияния влажности воздуха на процесс формирования паровоздушного облака при аварийном выбросе сжиженного аммиака
4.4 Влияние наличия препятствия на последствия аварийного выброса сжиженного аммиака
4.5 Влияние степени устойчивости атмосферы на динамику формирования паровоздушного облака при залповом выбросе сжиженного хлора
4.6 Влияние условий истечения сжиженного углеводородного газа на формирование взрывоопасного облака
4.7 Выводы из Главы
ГЛАВА 5 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
5.1 Пункт отгрузки сжиженного углеводородного газа ОАО «Татнефтегазпереработка»
5.2 Парк хранения сжиженного аммиака ОАО «Нижнекамскнефтехим»
5.3 Выводы из Главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
хи— массовая доля жидкости переходящей в пар, масс.; х1)— доля переходящего в аэрозоль вещества, масс.;
х, — доля вещества, остающегося в жидком состоянии и образующего разлитие на поверхности, масс.;
ДН — теплота парообразования, Дж/кг;
V/ — интенсивность парообразования, кг/(м2-с);
— массовый поток пара при диффузионном испарении, кг/(м2-с); q — суммарный теплоприток от окружающей среды, Вт/м2;
Яа— тепловой поток из атмосферы, Вт/м2; сГ(1 — поток тепла от грунта к жидкости, Вт/м2;
— поток тепла от солнечной радиации, Вт/м2;
цр — тепловой поток, излучаемый поверхностью пролива, Вт/м2;
qar— тепловой поток к проливу вследствие излучения атмосферы, Вт/м2;
тисп — удельная масса испарившейся жидкости, кг/м2;
пцц — масса жидкости, отнесенная к единице площади поверхности пролива, кг/м2;
М — молярная масса вещества, кг/моль;
К**— коэффициент, учитывающий стефановский поток;
I — время, с;
Т— температура, К;
Р—давление, Па;
Ть— температура кипения жидкости, К; р — плотность, кг/м3;
X — коэффициент теплопроводности, Вт/(м'К);
СР—удельная теплоемкость, Дж/(кг-К);
V— кинематическая вязкость, м2/с; ц — коэффициент молекулярной вязкости, кг/(м-с);
—коэффициент турбулентной вязкости, кг/(м-с);

- переходная стадия длится около 40 секунд. Здесь интенсивности парообразования начинает резко снижаться, а потом падает почти по линейной зависимости;
- переход между стадиями 2 и 3, который характеризуется скачком температуры жидкости к нормальной точке кипения второго компонента, поскольку смесь обедняется метаном, скорость испарения при этом уменьшается.
Эксперименты со сжиженными смесями «метан - этан» и «метан -пропан» на воде показали различия в особенностях кипения рассматриваемых смесей по сравнению с кипением чистого метана на водной поверхности [68]. Данный факт, связанный с учетом состава сжиженного газа, необходимо учитывать при моделировании процесса кипения. Добавление таких компонентов как этана и пропана значительно влияют на процесс парообразования. Чистый метан, кипит на воде в устойчивом пленочном режиме, а чистый этан и смесь, обогащенная этаном, — в переходном режиме. Разность температур между водной поверхностью и смесью, при которой кипение происходит в пленочном режиме, равно 180-200 К [68]. Максимальная интенсивность парообразования наблюдалась в начальный момент времени в режиме пленочного кипения до тех пор, пока температура водной поверхности была выше температуры перегрева сжиженного газа.
Результаты, полученные в ходе лабораторных исследований на неограниченной поверхности [80], свидетельствуют о том, что сжиженный природный газ кипит интенсивнее, чем чистый метан. Добавление таких углеводородов, как этана и пропана, приводит к интенсивному парообразованию. Скорость кипения начинает возрастать со временем, на водной поверхности образуются пузырьки газа. Полученные результаты на неограниченной поверхности согласуются с данными лабораторного исследования в условиях ограниченной поверхности [85].