Образование и распространение облаков тяжелых газов при авариях на объектах химической и нефтехимической промышленности

• Автор: Галеев, Айнур Дамирович
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 227 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСНОВНЫЕ МОДЕЛИ РАССЕЯНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ

1.1 Основные факторы, определяющие последствия аварийных выбросов.

1.2 Теория атмосферной турбулентности

1.2.1 Анализ уравнения баланса кинетической энергии турбулентности.

1.2.2 Общий вид универсальных функций, описывающих турбулентный режим в стратифицированной среде.

1.3. Методы расчета распространения облаков и экспериментальные исследования.

1.3.1 Особенности рассеяния тяжелых газов в атмосфере

1.3.2 Модель Главной геофизической обсерватории

1.3.3 Гауссовская модель.

1.3.4 Интегральные модели рассеяния тяжелого газа

1.3.5 Газодинамические модели
1.3.6 Лагранжев стохастический метод частиц
1.3.7 Экспериментальные исследования рассеяния веществ в условиях горизонтально неоднородной подстилающей поверхности
1.4 Выводы по главе
2. МОДЕЛЬ ТУРБУЛЕНТНОГО РАССЕЯНИЯ ТЯЖЕЛОГО ГАЗА
2.1 Система фундаментальных уравнения сохранения.
2.2 Влияние турбулентности на осредненные по времени уравнения НавьеСтокса.г.
2.3 Модели турбулентностиГ.
2.3.2 ке модель
2.3.2.2 Определяющее уравнение для кинетической энергии осредненного потока
2.3.2.1 Определяющее уравнение для кинетической энергии турбулентности
2.3.2.3 Уравнения стандартной кг модели
2.3.2.4 Уравнения КЫб ке модели
2.3.3 Модель с уравнениями для напряжений потоков.
2.3.3.1 Уравнения переноса для турбулентных напряжений
2.3.3.2 Модельные соотношения для уравнений переноса турбулентных напряжений
2.3.4 Модель крупных вихрей.
2.4 Моделирование пристенных течений
2.5 Результирующая система уравнений неразрывности, движения, энергии и переноса примеси
2.6 Определение физических свойств веществ
2.7 Выводы по главе 2.
3. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ МЕТОД.
3.1 Дифференциальные и интегральные формы обобщенного дифференциального уравнения.
3.2 Дискретизация обобщенного дифференциального уравнения.
3.3 Дискретизация нестационарного обобщенного дифференциального уравнения.
3.4 Обзор схем дискретизации конвективных членов.
3.4.1 Схема со степенным законом.
3.4.2 Схема против потока второго порядка точности.
3.5 Расчет поля течения
3.5.1 Алгоритм I
3.5.2 Алгоритм I.
3.5.3 Алгоритм I
3.6 Совмещенная и шахматная сетка
3.7 Разностная аппроксимация граничных условий.
3.8 Решение системы алгебраических уравнений. Многосеточный метод.
3.9 Вычислительный алгоритм
3. Технология численного моделирования образования и распространения паровоздушных облаков
3. Выводы по главе 3.
4. МОДЕЛИ ИСТОЧНИКОВ ВЫБРОСА.
4.1 Математическая модель кипения сжиженных газов
4.2 Математическая модель испарения многокомпонентных смесей с температурой кипения выше температуры окружающей среды.
4.3 Модель распространения аэрозольных систем, образующихся при выбросе сжиженного газа в атмосферу
4.4 Выводы по главе
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.
5.1 Верификация модели распространения тяжелого газа.
5.2 Исследование распространения тяжелого газа при расположении источника выброса на наклонной поверхности и ветре, направленном вверх по склону
5.3 Распространение тяжелого газа при расположении источника выброса на верхней площадке уступа.
5.4 Распространение тяжелого газа при расположении источника выброса вблизи одиночного здания.
5.5 Сравнительный анализ распространения тяжелого газа при расположении источника выброса вблизи одиночного здания при нейтральной и устойчивой стратификациях атмосферы
5.6 Распространение тяжелого газа вблизи одиночного здания при произвольных направлениях ветра
5.8 Результаты численного моделирования кипения сжиженного газа при его аварийном разлитии и рассеяния образующихся облаков при различных значениях скорости ветра.
5.9 Выводы по главе
6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ.
6.1 Парк хранения аммиака ОАО Нижнекамскнефтехим.
6.2 Резервуарный парк ОАО Татнефтегазпереработка.
6.3 Хлорное хозяйство ОАО Нижнекамскнефтехим.
6.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Построена модель для определения интенсивности испарения с поверхности аварийного разлития многокомпонентной жидкости, учитывающая динамику турбулентного стратифицированного потока и изменение состава жидкой фазы. Следовательно, выбор модели турбулентности не сильно сказывается на результатах расчета. Достоверность полученных выводов обусловлена использованием современных методов и средств математического моделирования, основанных на фундаментальных уравнениях сохранения, а также удовлетворительным согласованием расчетных результатов с экспериментальными данными. Водоканал. Ряд положений диссертации могут быть использованы при дальнейшем развитии методического аппарата оценки риска аварий на промышленных объектах. Диссертационная работа состоит из 6 глав, заключения и приложения, изложена на 7 страницах машинописного текста, содержит рисунков и таблиц. Библиографический список использованной литературы содержит 5 наименований. При моделировании последствий аварийных ситуаций необходим адекватный учет всех перечисленных выше факторов. Рассмотрим, каким образом реализован учет различных факторов на стадии поступления опасных веществ в окружающую среду на примере методик ТОКСИ2 и ТОКСИ3 5. Методики ТОКСИ позволяют рассмотреть весь спектр возможных аварийных ситуаций с учетом конструктивных особенностей конкретной технологической установки, на которой произошла авария частичное или полное разрушение оборудования, истечение газовой, жидкой или двухфазной сред, срабатывание отсекающей арматуры, остановка компрессоров или насосов. В данных методиках учитывается влияние температуры в оборудовании на долю вскипевшей жидкости при выбросе опасного химического вещества ОХВ и влияние давления в оборудовании на скорость выброса ОХВ. В методиках ТОКСИ учитывается возможность наличия аэрозольных включений, как в первичном облаке, так и в струйных выбросах из частично разрушенного оборудования. В этих методиках задается коэффициент, учитывающий во сколько раз изза наличия аэрозолей надо увеличить массу опасного вещества, распространяющегося в атмосфере. В методике ТОКСИ2 наличие аэрозоля учитывается путем включения в распространяющееся в атмосфере облако дополнительной массы. Однако влияние аэрозоля на динамику распространения самого облака не учитывается. В методике ТОКСИ3 наличие аэрозоля учитывается путем включения в модель скорости испарения аэрозольных капель и определение влияния того или иного количества аэрозоля на плотность среды в облаке. В методиках ТОКСИ кипение пролива учитывается только на стадии формирования первичного облака и не учитывается на стадии рассеяния вторичных облаков . Это делается из предположения, что грунт быстро промерзает и поэтому не дает тепла. В действительности, градиент температуры с течением времени уменьшается весьма медленно . Приведенные в ТОКСИ полуэмпирические уравнения для определения интенсивности поступления паров в атмосферу не учитывают влияние на процесс испарения искажения гидродинамической картины течения над разлитием вследствие образования облаков с плотностью, отличающейся от плотности воздуха, и возмущающего воздействия зданий, сооружений, оборудования. Данные модели не позволяют учитывать особенности испарения многокомпонентных смесей. Наряду с определением количества опасного вещества, поступающего в атмосферу, для адекватного расчета зон распространения опасных веществ необходимо правильно моделировать процесс рассеяния паровоздушных облаков. Моделированию распространения опасного вещества в атмосфере уделено основное внимание в данной работе. Чтобы правильно оценивать результаты расчета стратифицированного воздушного потока и рассеяния примесей необходимо иметь четкое представление о физических процессах, оказывающих влияние на формирование профиля скорости и структуры турбулентности в приземном слое атмосферы. В развитии теории приземного и пограничного слоев атмосферы к настоящему времени получены значительные результаты, опубликованные в ряде отечественных и зарубежных монографий и статей . Полученные зависимости нашли широкое применение при разработке моделей рассеяния примесей и могут использоваться в качестве начальных приближений при проведении численного моделирования.