长输天然气管道放空火炬热辐射影响范围研究

【摘要】：目前工程上对于高架放空火炬热辐射范围的计算方法主要采用美国石油协会的API521规范当中所推荐的简单单点源计算公式。这种计算公式比较简便，应用比较广泛，但也存在不足，该公式设计没有充分考虑到火焰的高度，宽度等对火焰热辐射大小的影响。此外，Sheel石油公司推荐了一种平头圆锥体火焰模型和API521中介绍了一种香蕉型火焰模型，这两种固体火焰模型在计算火焰热辐射范围的时候可以计算出火焰的升空高度，长度，宽度等几何特征，相比点源公式更符合真实火焰的形态特征，计算精度更高，但也更复杂。 （1）在上述Sheel石油公司设计的平头圆锥体固体火焰模型的基础上，利用有关射流火焰温度分区域的相关研究理论，并结合斯蒂芬-波尔兹曼黑体热辐射定律对原有平头圆锥体固体火焰模型进行优化，设计了一种分区域平头圆锥体固体火焰模型。和原有平头圆锥体固体火焰模型相比，分区域平头圆锥体固体火焰模型利用火焰分区域理论的相关研究成果，将Sheel平头圆锥体模型按照火焰的高度和温度分为三个区域，利用了斯蒂芬-波尔兹曼定律所规定的黑体的辐射能力与绝对温度的四次方成正比这一定律,结合火焰的几何特征，采用对火焰体积和温度的四次方的乘积进行积分的方法来计算不同区域的火焰的热辐射量在总火焰热辐射量中的占比。现有模型改进了原有平头圆锥体固体火焰模型在计算时不能计算火焰温度分布特征对火焰热辐射范围的影响这一缺陷，更加符合高架射流火焰的燃烧特征，计算精度更高。 （2）采用CFD软件模拟高架射流火焰的辐射场，利用Fluent软件选用标准k-ε湍流计算模型、涡耗散模型、P-1辐射模型对射流火焰进行模拟，研究了火焰的温度场分布，热辐射场分布特征。 （3）对西气东输南二线潖江动火工程中高架放空火炬的工程数据进行计算和数值模拟。比较单点源、多点源、平头圆锥体、分区域平头圆锥体模型的计算结果和CFD模拟结果。验证分区域平头圆锥体模型在计算高架放空火炬火焰热辐射方面具有合理性和精确性。并对如何将分区域平头圆锥体模型应用于工程实践，发挥该模型的实用性特点提出建议。 【关键词】：天然气高架放空火炬 热辐射范围 分区域固体火焰模型 潖江动火工程
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE973
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11
• 1.2 国内外研究概况11-21
• 1.2.1 国内外相关规范发展现状11-12
• 1.2.2 热辐射伤害准则12-13
• 1.2.3 安全热通量研究13-15
• 1.2.4 火炬安全距离现有普遍计算方法15-18
• 1.2.5 喷射火焰形状和温度分布研究18-20
• 1.2.6 基于 CFD 技术模拟研究20-21
• 1.3 研究目的和主要内容21-23
• 1.3.1 研究目的21
• 1.3.2 主要内容21-23
• 第二章 构建高架火炬射流火焰模型23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 射流火焰热辐射计算模型23-27
• 2.2.1 单点源模型23-24
• 2.2.2 多点源模型24-25
• 2.2.3 固体模型25-27
• 2.3 分区域平头圆锥体模型27-35
• 2.3.1 基本思路27
• 2.3.2 热量分布计算方法27-30
• 2.3.3 计算步骤30-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第三章 高架放空火炬火焰热辐射影响数值模拟研究37-50
• 3.1 引言37
• 3.2 数值模型选择37-42
• 3.2.1 标准 k-ε湍流模型37-39
• 3.2.2 涡耗散燃烧模型39-40
• 3.2.3 P-1 热辐射模型40-41
• 3.2.4 能量方程41-42
• 3.3 数值模拟42-49
• 3.3.1 物理模型42-43
• 3.3.2 网格划分43
• 3.3.3 边界条件43-44
• 3.3.4 风速对火焰形状影响44-46
• 3.3.5 风速对火焰近地面辐射场影响46-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 高架天然气放空火炬放散热辐射场应用分析50-68
• 4.1 引言50
• 4.2 应用实例基本情况50-52
• 4.3 采用点源模型计算52-54
• 4.3.1 单点源模型52-53
• 4.3.2 多点源模型53-54
• 4.4 采用固体模型计算54-59
• 4.4.1 分区域平头圆锥体模型54-58
• 4.4.2 平头圆锥体模型58-59
• 4.5 无风条件下计算结果对比59-61
• 4.6 无风条件下 FLUENT 模拟61-62
• 4.7 有风条件下计算结果和模拟结果对比62-64
• 4.8 模拟计算火焰形态与真实形态对比64-66
• 4.9 工程应用分析66-67
• 4.9.1 利用计算结果设定安全措施66
• 4.9.2 利用计算结果降低放空成本66-67
• 4.10 本章小结67-68
• 结论与展望68-70
• 结论68
• 展望68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果74-75
• 致谢75-76
• 附件76

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