冶金企业煤气爆炸危险区域划分及泄漏扩散模拟

【摘要】：冶金煤气主要涉及高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气三种可燃性气体,生产过程中如果出现泄漏,有发生火灾、爆炸的危险。科学地划分煤气爆炸危险场所的等级,并以此选用合理的防爆电气设备,对于降低事故风险有实际应用价值。 本文以《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92和《爆炸性环境用电气设备第14部分：危险场所分类》GB3836.14-2000为依据,根据释放源等级、煤气出现的频繁程度和持续时间,对某冶金企业三种煤气爆炸危险场所进行了详细区域划分,给出了具体区域划分的实例图,并指出了区域划分过程中存在的问题。根据区域划分结果和爆炸性混合物的组别进行了防爆电气设备的选型。 鉴于当前爆炸危险区域划分认识和实践上存在一定的混乱,危险区域划分不确定因素较多,为了提高危险区域划分的可靠性,论文利用Fluent软件对煤气泄漏扩散过程进行了数值模拟。研究了泄漏口直径d、管道内压力P、风速v及风向、不同气体介质对泄漏后果的影响。结果表明随着当量直径的增大、管道内压强的增大,释放量和爆炸危险区域均增大；外部风向的改变以及风速大小的都直接影响一氧化碳的浓度分布,逆向风最为不利,其他方向的外来风都会加强一氧化碳的扩散,且风速越大扩散加剧。释放气体为氢气时,在同等条件下扩散范围比一氧化碳小。当泄漏口直径扩大到d=100mm时一氧化碳的爆炸极限范围一直延续到20m,超出现有国家标准规定的爆炸危险区域划分范围。 本论文不仅按国家标准对冶金企业煤气爆炸危险场所进行区域划分,并通过Fluent数值模拟对该问题进行了深入研究,为爆炸危险场所的区域划分提供辅助划分方法,使危险区域的范围更加直观具体,提出改进的煤气爆炸危险区域划分方法和建议。 【关键词】：冶金煤气 危险区域 泄漏 Fluent 数值模拟
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TF088
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 前言10
• 1.2 目的和意义10-12
• 1.2.1 研究背景10-11
• 1.2.2 目的及意义11-12
• 1.3 爆炸危险区域划分的研究现状12-14
• 1.4 气体泄漏扩散的研究现状14-16
• 1.5 课题研究的主要内容16-18
• 第2章 爆炸危险区域划分18-38
• 2.1 爆炸性气体环境18-19
• 2.1.1 定义和术语18
• 2.1.2 一般规定18-19
• 2.2 爆炸危险区域划分19-23
• 2.3 爆炸危险区域划分实例23-29
• 2.3.1 炼钢煤压站23-26
• 2.3.2 焦炉煤气柜26-27
• 2.3.3 高炉煤气柜27-28
• 2.3.4 高炉煤气、焦炉煤气掺混站28-29
• 2.4 爆炸危险区域划分实践中存在的问题29-32
• 2.5 爆炸危险场所防爆电气设备选型32-37
• 2.5.1 防爆标志32-36
• 2.5.2 防爆电气设备选型36-37
• 2.6 小结37-38
• 第3章 煤气泄漏扩散模型建立38-50
• 3.1 Fluent软件简介38-42
• 3.1.1 Fluent软件的组成38-39
• 3.1.2 煤气泄漏CFD求解过程39-40
• 3.1.3 Fluent计算准备工作40-42
• 3.2 模型构建42-43
• 3.3 计算方程43-46
• 3.3.1 CFD基本控制方程43-45
• 3.3.2 湍流模型45-46
• 3.4 Fluent模拟煤气泄漏过程46-49
• 3.4.1 Gambit建模及网格划分46-47
• 3.4.2 边界条件47
• 3.4.3 求解计算模型47-49
• 3.5 小结49-50
• 第4章 模拟结果及分析50-78
• 4.1 煤气扩散的影响因素50-51
• 4.2 煤气管道破裂气体扩散规律模拟分析51-59
• 4.2.1 计算参数的选取51-52
• 4.2.2 计算结果分析52-59
• 4.3 不同泄漏环境下的模拟分析59-76
• 4.3.1 泄漏口当量直径对泄漏扩散的影响60-67
• 4.3.2 内压大小变化对泄漏扩散的影响67-69
• 4.3.3 风速变化对泄漏扩散的影响69-72
• 4.3.4 风向变化对泄漏扩散的影响72-74
• 4.3.5 不同气体介质对泄漏扩散的影响74-76
• 4.4 小结76-78
• 第5章 结论与展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84

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