Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Солодовников Александр Владимирович

Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей
<
Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Солодовников Александр Владимирович. Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей : дис. ... канд. техн. наук : 05.26.03 Уфа, 2006 167 с. РГБ ОД, 61:07-5/1411

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Техногенные аварии в нефтеперерабатывающей отрасли 9

1.1 Состояние нефтеперерабатывающей промышленности в России 9

1.2 Основные опасности нефтеперерабатывающих предприятий 12

1.3 Классификация и характеристики взрывопожароопасных веществ, обращаемых на нефтеперерабатывающих предприятиях 15

1.4 Аварии с выбросом взрывопожароопасного вещества 21

1.5 Статистическая информация по техногенным авариям на нефтеперерабатывающих предприятиях 24 Выводы по первой главе 32

Глава 2 Методы определения аварийной загазованности на объектах нефтеперерабатывающей промышленности 34

2.1 Методы прогнозирования застойных зон 34

2.2 Методы моделирования образования и распространения облаков топливовоздушных смесей 36

2.3 Прогнозирование образования и рассеивания облаков топливовоздушных смесей 43 Выводы по второй главе 59

Глава 3 Моделирование образования и рассеивания облаков топливовоздушной смеси 60

3.1 Математическая модель расчета застойных зон и образования облаков топливовоздушной смеси 61

3.2 Обобщенный алгоритм моделирования 64

3.3 Адекватность математической модели 70

3.4 Расчет вероятных зон застоя на промышленных объектах 80

3.5 Определение последствий аварийных взрывов дрейфующих облаков топливовоздушных смесей 89

Выводы по третьей главе 95

Глава 4 Прогнозирование обстановки и оценка вероятных зон разрушения на абсорбционно-газофракционирующей установке нефтеперерабатывающего предприятия 96

4.1 Описание объекта исследования 96

4.2 Прогнозирование движения атмосферных потоков при возможных авариях на абсорбционно-газофракционирующей установке 100

4.3 Определение рациональной ориентации наружной площадки абсорбционно-газофракционирующей установки 109 4.4. Моделирование распространения облака ТВС по территории абсорбционно-газофракционирующей установки 112

4.5 Оценка эффективности установки датчиков газоанализаторов 121

4.6 Оценка зон разрушения в результате частичной разгерметизации бутановой колонны на абсорбционно-газофракционирующей установке 126

Выводы по четвертой главе 131

Общие выводы 132

Список используемых источников

Введение к работе

Современные проблемы промышленной безопасности связанны обострением противоречия между потребностями человека и возможностями окружающей среды по их удовлетворению. Сегодня темпы и масштабы антропогенного воздействия превышают адаптационные возможности биосферы, в частности аварийные ситуации на опасных производственных объектах столь велики, что не могут быть нейтрализованы природой, а ущерб от возможных аварий может быть выше финансовых возможностей предприятий [1, 2, 3, 8,10,19, 20, 28, 97].

В настоящее время нефтеперерабатывающие предприятия являются одним из главных источников напряженной экологической обстановки [1, 20]. Это связано с выбросами чрезвычайно вредных веществ и экстремальными ситуациями, к которым относятся аварии, взрывы и пожары. По сообщению Министра РФ по чрезвычайным ситуациям, в России ныне имеется 9279 объектов химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, что на 18,5% больше, чем в 2004 году [2, 102].

Развитие и интенсификация нефтеперерабатывающей промышленности, высокая энергонасыщенность предприятий сопровождается ростом количества аварийных ситуаций и масштабов пагубных последствий, связанных с неконтролируемыми выбросами взрывоопасных веществ, поэтому увеличивается ущерб, наносимый со стороны соответствующих предприятий, населению и природной среде. [1, 2, 19, 20, 29]. Достаточно назвать аварии [8, 14, 15] 28 июля 1948 г. в Людвигсхафене (Германия), 4 декабря 1966 г. в Фейзене (Франция), 1 июня 1974 г. в Фликсборо (Великобритания), 19 ноября 1984 г. в пригороде г. Сан-Хуан-Иксуатепек (Мехико), 23 декабря 1996 г. в Самаре на Куйбышевском НПЗ, 10 апреля 1999 г. на ОАО «Нижнекамскнефтехим», 4 января 2002 г. на установке риформинга ЛЧ 35-11/1000 ОАО «Московский НПЗ». Это означает, что повышение пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающих предприятий является

составной частью обеспечения защищенности населения от угроз техногенного и экологического характера.

Одним из основных направлений повышения пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающих предприятий является моделирование развития аварийных ситуаций для прогнозирования зон загазованности и, соответственно, пожаров и взрывов.

Исследованиям в области моделирования аварийных ситуаций, связанных
с выбросом взрывопожароопасных веществ, посвящены работы отечественных
и зарубежных авторов: А.А. Абросимова, М.В. Бесчастнова, П.Г. Белова,
Б.Е. Гельдфана, М.Ю. Доломатова, А.С. Едигарова, М.И. Каца,

A.M. Козлитина, В.А. Котляревского, И.Р. Кузеева, В.И.Ларионова, М.В. Лисанова, В. Маршала, И.А. Махутова, Г.Е. Одишарии, Б.Е.Прусенко, B.C. Сафонова, А.Г.Чирковой, М.Х. Хусниярова, Д.Векетвелдта, К. Ван Вингердена и О.Р. Хансена (Норвегия), А.О. Холдо (Хартфордский университет), Р.Ф. Линдена (Кембриджский университет), С. Патанкара (США) и ряда других крупных специалистов (преимущественно в области промышленной безопасности).

Актуальность темы исследования.

Существующие подходы прогнозирования ожидаемой и возможной
аварийной загазованности на промышленной территории предприятий и оценка
последствий аварийных взрывов облаков топливовоздушной смеси (ТВС) в
результате аварийного истечения или мгновенного выброса, такие как расчет
концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе (ОНД-86), расчет
размеров зон распространения облака горючих газов при аварии (ГОСТ
12.3.047-98), оценка последствий аварийных взрывов топливно-воздушных
смесей (РД 03-409-01), общие правила взрывобезопасности для
взрывопожароопасных химических, нефтехимических и

нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540-03) [50], не позволяют учитывать структуру атмосферных потоков и определить объем воспламеняемой части облака ТВС с учетом сложных препятствий (технических сооружений, рельефа местности и т.д.). Для достижения

согласованности расчетов по этим методикам требуется постоянно их уточнять путем введения в них новых поправочных коэффициентов. Естественно, что учесть все многообразие атмосферных течений с помощью поправочных коэффициентов невозможно.

В связи с этим особую актуальность приобретает создание методики прогнозирования образования и рассеивания облаков ТВС, учитывающей рельеф местности, реальную застройку объекта, направление атмосферных потоков, изменение скорости ветра по высотам, состояние атмосферы, параметры истечения взрывопожароопасного вещества, ориентацию и месторасположение источника разгерметизации, как этого требует анализ риска объектов нефтеперерабатывающей промышленности [1, 20].

Основное направление работы заключается в решении задач прогнозирования образования и рассеивания облаков ТВС, имеющих существенное значение при повышении взрывопожаробезопасности нефтеперерабатывающих предприятий, что является важнейшей составной частью обеспечения защищенности населения от угроз техногенного и экологического характера.

Цель работы: повышение пожаровзрывобезопасности

нефтеперерабатывающих предприятий путем рационального размещения оборудования и оптимального расположения газоанализаторов на их территории, на основе моделирования образования и рассеивания облаков ТВС, с применением численных методов расчета.

Задачи исследований:

  1. Анализ статистической информации по техногенным авариям на нефтеперерабатывающих предприятиях.

  2. Разработка методики прогнозирования образования и рассеивания облаков ТВС с использованием численных методов расчета.

  3. Оценка адекватности математической модели для решения задач прогнозирования зон загазованности.

4 Апробирование методики прогнозирования образования и рассеивания облаков ТВС для типовой планировки установки нефтеперерабатывающего предприятия.

Научная новизна.

  1. Сформулирована и решена задача прогнозирования движения атмосферных потоков, образования и рассеивания облаков ТВС на промышленных объектах, с использованием системы трехмерного параметрического моделирования и метода конечных объемов.

  2. Разработан алгоритм рационального размещения промышленного объекта, позволяющий минимизировать скопления опасных веществ на его территории в результате их выброса. Для этого введены объемные (поверхностные) коэффициенты зоны застоя промышленного объекта. В качестве объемных коэффициентов зоны застоя понимается отношение значения объема зон застоя в рабочей зоне к разнице общего объема рабочей зоны и объема оборудования, зданий и сооружений, находящихся в ней для заданного направления ветра.

3 Предложен алгоритм оптимального размещения газоанализаторов на
территории промышленного объекта. Параметрами оптимизации являются
количество газоанализаторов и время обнаружения заданного уровня от
нижнего концентрационного предела воспламенения ТВС.

Практическая ценность. Разработана методика прогнозирования образования и рассеивания облаков ТВС на промышленных объектах, учитывающая рельеф местности, реальную застройку объекта, направления атмосферных потоков, изменения скорости ветра по высотам, состояние атмосферы и параметры образования облаков ТВС.

Результаты диссертационной работы используются в обучении студентов УГНТУ, повышении квалификации инженерно-технического персонала на ОАО «Газ-сервис», в проектной работе ООО «ОЙО-Гео Импульс Интернэшнл», и при размещении газоанализаторов в котельной 000 «ТАНТАЛ».

Методы исследований. В основу теоретических исследований были положены методы и концепции теории вероятности, математической

статистики, теории подобия и декомпозиции развития возможных аварийных ситуаций.

Поставленные задачи решались с использованием системы трехмерного параметрического моделирования SolidWorks и метода конечных объемов. Обработка и анализ полученных результатов выполнено на компьютере с использованием программ Microsoft Office Excel и Maple.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 15 печатных работах, в том числе 5 статей в периодических научных и научно-технических изданиях из перечня ВАК РФ, 4 статьи и 6 тезисов опубликованы в международных и межвузовских сборниках научных трудов, в том числе:

на Российской научно-практической конференции "Мавлютовские чтения" (г. Уфа, 2006);

на VIII конференции SolidWorks Russia (г. Москва, 2006);

на IX международной научно-технической конференции (г. Уфа, 2005);

на третьей всероссийской научной ИНТЕРНЕТ-конференции «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и механики многофазных систем» (г. Уфа, 2005);

на всероссийской студенческой научно-технической конференции «Интенсификации тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (г. Казань, 2005).

Состояние нефтеперерабатывающей промышленности в России

В начале XXI века в мире наблюдается рост объемов промышленного производства и ситуация в России не противоречит мировой тенденции [2, 6, 20, 25], об этом свидетельствует рост индексов нефтеперерабатывающей отрасли. Объемы производства в 2005 году в нефтеперерабатывающей отрасли выросли на 6,2 % по сравнению с 2004 годом (рисунок 1.1) [1].

В настоящее время Российская нефтепереработка - это 27 нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) суммарной мощностью 252 млн.т. в год (рисунок 1.2) [1]. Большая часть НПЗ России (около 50%) сосредоточена в Поволжье и на Западном Урале, на территории республики Башкортостан находятся 5 крупных НПЗ - суммарной мощностью 48 млн.т. в год. Второе и третье место по обеспеченности НПЗ занимают Сибирь (19%) и центральные российские области (16%). Нефтеперерабатывающий комплекс демонстрирует хорошие темпы устойчивого роста переработки нефти [1,2, 20, 26, 101].

Из 27 НПЗ расположенных в России, шесть были пущены в эксплуатацию до войны, еще шесть— построены до 1950 г. и восемь— введены встрой до 1960 г., следовательно, 20 из 27 заводов работают по 40-50 лет [1]. Объем переработки нефтяного сырья в 2005 г. составил 207,43 млн. тонн (около 80% загрузки мощностей НПЗ), показатель глубины нефтепереработки составил 71,3% (в среднем этот показатель в 1,3 раза ниже, чем в США и Западной Европе).

Техническое состояние российских нефтеперерабатывающих предприятий характеризуется [1,97]: - высокой степенью изношенности (средний уровень с амортизированного оборудования достигает 80%, а срок их службы превысил все возможные пределы); - использованием устаревших, энергоемких и экологически несовершенных технологий; - низкой долей деструктивных углубляющих процессов (каталитический крекинг, гидрокрекинг, коксование).

Несмотря на техническое состояние нефтеперерабатывающих предприятий в соответствии с «Энергетической стратегией России на период до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации № 1234-р 28 августа 2003 года [6], к 2020 году планируется увеличить глубину переработки нефти до 85 % путем их модернизации и реконструкции [I] (рисунок 1.3) [1, 108].

В 2006-2007 году в нефтеперерабатывающем комплексе планируется увеличение уровня переработки благодаря сохранению благоприятной внешнеэкономической конъюнктуры рынка топливно-энергетических ресурсов и роста внутреннего спроса [26]. Однако обеспечить прогнозируемый уровень производства и глубины переработки нефти к 2020 году будет достаточно сложно на существующей базе отрасли, т.к. потенциал роста, который был заложен еще в советские времена, практически исчерпан [1], а замещение мощностей происходит недостаточными темпами [102].

Увеличение темпов производства и глубины переработки нефти, сопровождающей интенсификацией технологических процессов с использованием высоких температур, давлений и скоплением больших запасов взрыво пожароопасных и токсичных веществ, ведет к росту потенциальной угрозе здоровью и жизни людей, окружающей природной среды и возможным экономическим потерям [97].

Аварии с выбросом взрывопожароопасного вещества

В качестве исходного события для аварий на нефтеперерабатывающих предприятиях принимается разгерметизация оборудования, произошедшая в результате отказа, ошибок персонала или по иным причинам, за которыми следуют промежуточные события - этапы развития аварии, приводящие к событиям конечным: воздействия на персонал, устройства и сооружения объекта, соседние объекты, селитебную территорию [39, 40,115].

Механизмы возникновения и развития аварий, связанных с огненным превращением выброса взрывопожароопасного вещества, как правило, имеют сложные сценарии, включающие разные типы событий чрезвычайных ситуаций, а число возможных сценариев может достигать нескольких тысяч.

Выбросом взрывопожароопасного вещества называется выход взрывопожароопасного вещества при разгерметизации за короткий промежуток времени из технологических установок, емкостей для хранения или транспортирования опасного вещества или продукта в количестве способном вызвать аварию (взрыв, пожар и др.).

Типовая схема возникновения и развития аварий на технологических установках нефтеперерабатывающих предприятиях в результате разгерметизации оборудования основанная на анализе и систематизации реальных событий представлена на рисунке 1.8 [20, 28, 38].

Следует отметить, что время от начала возникновения аварии до завершающего события (пожара, взрыва) может колебаться в широких пределах т.к. достижение взрывопожароопасного облака конкретной точки пространства еще не означает возникновения взрывных процессов [20].

На плавучесть облака зависит большого количество факторов, среди которых [14,20,29, 30,127,30]: - метеорологические условия (время года, скорость ветра, направление ветра и изменение скорости атмосферных потоков по высотам); - рельеф местности, застройка технологической установки; - место размещения источника разгерметизации, его форма и габаритные размеры; - параметры истечения взрывопожароопасного вещества (скорость, плотность, температура); - наличие источников зажигания, их тип (мощность) и вероятность контакта горючего вещества с ними.

Перечисленные факторы в значительной мере являются случайными событиями, что обуславливает вероятностную природу взрыва, пожара или "огненного шара".

За последние годы в мире было зарегистрировано большое число крупных пожаров и взрывов, произошедших на нефтеперерабатывающих предприятиях, в таблице 1.5 в качестве примера приведены статистические данные по крупным авариям на предприятиях по переработке углеводородного сырья разных стран [20].

За 2005 г. в Российской нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности произошло 27 аварий, что на 16 аварий больше, чем в 2004 году (11 аварий). Экономический ущерб от аварий в 2005 году составил 51 млн. 225 тыс. 268 руб. Количество несчастных случаев со смертельным исходом в 2005 году также увеличилось и составило 41, что на 26 больше, чем в 2004 году [102]. Рост аварий в 2005 году повлекло за собой рост общего количество травмированных при групповых несчастных случаях 50, против 21 в 2004 годом. Число погибших в результате групповых несчастных случаев в 2005 году составило 26 человек, в 2004 году 8 человек [102].

В таблице 1.6 приведены статистические данные о распределении аварий на объектах нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности по видам аварийного события [102].

Среди видов происшедших аварий как в 2004, так и в 2005 годах преобладают взрывы: 55 и 48 % соответственно (таблица 1.6). Согласно проведенному анализу из общего количества аварий, происшедших в 2005 году, 5 взрывов произошли внутри и 8 — вне оборудования. Следует отметить существенно возросшее по сравнению с 2004 годом количество пожаров, которые в 2005 году составили 22% (5) от общего числа аварий.

Статистика травматизма со смертельным исходом и аварийности в нефтеперерабатывающей промышленности за 1997-2005 г.г. на фоне динамики объемов производства приведена в таблице 1.7 [102].

По данным НИИ БЖД РБ на нефтеперерабатывающих предприятиях республики Башкортостан основными причинами аварий и отказов являются механическое разрушение материала оборудования из-за естественного старения и износа (17 %), процессов коррозии (17 %), заводского дефекта изготовления (5 %) и 43 % из-за нарушения правил технической и безопасной эксплуатации оборудования.

По статистике пожары и взрывы на нефтеперерабатывающих предприятиях в большинстве случаев происходят [20, 41, 42] из-за утечек горючей жидкости или углеводородного газа, возникающие в основном по следующим причинам: - нарушение правил техники безопасности и пожарной безопасности (33%); - некачественный монтаж и ремонт оборудования (22 %); - некачественная защита от молний (3 %); - нарушение правил технологического регламента (1 %); - износ оборудования (8 %); - недостаточно качественные сальниковые уплотнения и фланцевые соединения (1 %); - прочие причины (2 %).

Математическая модель расчета застойных зон и образования облаков топливовоздушной смеси

Для моделирования поставленных задач значения параметров стандартной k-є модели равны ак =1,0; тЕ=\,Ъ; С„=0,09; С, =1,44; С2 =1,92 согласно рекомендациям [52]. Так как численные эксперименты требуют много машинного времени, даже на самых мощных компьютерах сделаем ряд предположений: - расчет движения атмосферных потоков и образования облаков ТВС будем рассматривать без учета процессов теплообмена и химических реакций; - изменение концентрации у компонент смеси происходит за счет конвекции, диффузии опасного вещества.

Эти предположения физически соответствуют условиям рассматриваемой задачи, но позволяют упростить её физико-математическую постановку.

Численное интегрирование уравнений по пространственным координатам расчетной области проводится с использованием прямоугольной адаптивной сетки с локальным измельчением. На рисунке 3.1 приведен пример адаптивной сетки с локальным измельчением. Такой подход обеспечивает, с одной стороны, использование простой равномерной неадаптивной сетки при решении задач с относительно несложной геометрией. С другой стороны, появляется возможность решать задачи прогнозирования, со сложной геометрией промышленного объекта проводя адаптацию (подстройку) сетки к особенностям геометрии промышленных объектов, а при решении задач с разрывными течениями адаптацию по значениям искомых функций, их градиентов и др.

Процедура локального измельчения в области адаптации предусматривает возможность последовательного деления, начиная с исходной, каждой предыдущей ячейки на 4 более мелкие ячейки (в трехмерном случае на 8) до обеспечения выполнения условия адаптации (например, достижения заданной точности вычисления градиента искомой функции).

Применение технологии адаптивной сетки с локальным измельчением имеет значительные преимущества, по сравнению с распространенными сетками (неструктурированные сетки и структурированные мультиблоковые сетки).

Во-первых, большая скорость генерации сетки.

Во-вторых, технология адаптивной сетки с локальным измельчением не предъявляет высоких требований к оперативной памяти компьютера по сравнению с неструктурированными сетками. Это обусловлено древовидной структурой адаптивной сетки с локальным измельчением, при которой каждая ячейка связана с сеткой нулевого уровня, имеющей полную геометрическую информацию.

В-третьих, при генерации адаптивной сетки с локальным измельчением не появляются плохие ячейки, которые имеют слишком большие отношения площадей граней. Обобщенный алгоритм моделирования движения атмосферных потоков, образования и рассеивания облаков ТВС в газодинамическом пакете включает в себя следующие шаги (рисунок 3.2).

Первым шагом является создание расчетной области. Под расчетной областью понимается объем, в котором проводится моделирование. В общем случае расчетная область задач прогнозирования представляет форму параллелепипеда, из которого вырезан объем занимаемый оборудованием и промышленной застройкой находящейся на промышленном объекте.

Пример расчетной области наружной площадки абсорбционно-газофракционирующей установке с типовой планировкой представлен на рисунке 3.3. Построение расчетной области выполнено с помощью геометрического препроцессора SolidWorks.

С точки зрения аэродинамики расчетную область промышленного объекта, следует разбить на две (или три) основные подобласти. Первая подобласть (исходная область) является свободной полостью. Вторая подобласть представляет непроницаемую среду (объем занимаемый оборудованием и постройками), данная подобласть оказывает существенное влияние на газодинамические процессы в выработанном пространстве.

Если на прогнозируемом объекте присутствует живая изгородь из деревьев, в расчетную область промышленного объекта добавляем третью подобласть, которая представляет собой пористую среду с известными характеристиками в частности, с коэффициентом пористости (3.10).

Прогнозирование движения атмосферных потоков при возможных авариях на абсорбционно-газофракционирующей установке

Проведем ряд численных экспериментов позволяющие определить движения атмосферных потоков и выявить участки застойных зон на территории АГФУ, при наиболее повторяемой силе ветра. Для этого построим объемную модель технологической установки (рисунок 4.5) и путем вырезания из твердотельного параллелограмма объема установкисоздадим расчетную область (рисунок 4.6). Для передачи геометрии наружной площадки АГФУ из геометрического постпроцессора в газодинамический пакет используем формат STL. задачу для турбулетного течения, в котором будут решаться уравнения Навье-Стокса, уравнения для турбулентных функций переноса и уравнение конвективно-диффузионного переноса.

Из физических параметров задаем свойства двух веществ: воздуха и пропанобутановой смеси (участвующей в авариях).

Задание и математическое описание граничных условий приведено в разделе 3.2.

Для моделирования движения атмосферных потоков зададим равномерную расчетную сетку, состоящую из 183552 числа ячеек из них 140384 расчетных ячеек. Шаг расчета при моделировании движения потоков ветра принимается равный 0,1 с.

В результате проведения численных экспериментов были получены линии движения атмосферных потоков для основных направлений ветра при скорости ветра 2,5 м/с (2 балла), которые представлены на рисунке 4.7.

На рисунке 4.8 приведены результаты расчета поля скоростей атмосферных потоков в рабочей зоне АГФУ (на отметке h=2 м от приземного слоя) при скорости ветра 2,5 м/с (2 балла).

Полученные результаты распределения вспышек и поля скоростей атмосферных потоков говорят о сложном движении, что достаточно трудно предсказать интуитивно на основе значений скоростей полученных с использованием датчиков измерения скорости ветра.

Проведенные численные эксперименты по изучению движения атмосферных потоков на АГФУ позволили выявить, что объем застойных зон на территории установке чрезвычайно чувствителен к рассматриваемому направлению атмосферных потоков и его значение для данной установки изменяется с 27 % до 41,9 % при скорости ветра 2,5 м/с.

На рисунках 4.9 и 4.10 визуализированы застойные зоны на наружной площадке АГФУ (на отметке h=2 м от приземного слоя) при скорости ветра 2,5 м/с и 4,5 м/с соответственно.

Для определения рациональной ориентации наружной площадки АГФУ рассчитаем объемные и поверхностные коэффициенты зон застоя. Напомним, что под рациональной ориентацией промышленного объекта понимается исключение и/или минимизация накопления опасных веществ на объекте.

В таблице 4.2 сведены результаты расчета значений коэффициентов зон застоя, для основных направлений ветра. На рисунках 4.15 и 4.16 представлены графики значений поверхностных и объемных коэффициентов зон застоя соответственно.

Результаты расчета коэффициентов зон застоя показывают, что при северном и южном направлениях ветра формируются максимальные застойные зоны, следовательно, при данных направлениях существует наибольшая вероятность скопления опасных веществ, при аварийных выбросах.

На основании численных экспериментов движения атмосферных потоков по АГФУ, можно сделать следующий вывод наличие минимальных участков зон застоя соответствует восточному, а потом западному направлению атмосферных потоков.

При анализе результатов расчета коэффициентов зон застоя и розы ветров г.Уфы и его окрестностей, установлено, что для рационального ПО размещения наружной площадки АГФУ необходимо её переориентировать, повернув по часовой стрелке на 90 относительно предварительного размещения (рисунок 4.17), что позволит в 15 раз уменьшить количество дней в году, при которых образуются максимальные зоны застоя для преобладающего направления.

Похожие диссертации на Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей