一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，包括:建立高压氢气管道的三维物理模型；针对不同的孔径对泄露事故进行数值模拟，得到不同孔径条件下的泄露事故的氢气泄漏流量；建立以氢气喷射区域为核心的三维空间模型；将不同孔径条件下的泄露事故的氢气泄漏量代入三维空间模型中，进行氢气泄漏扩散模拟，得到在未点燃状态下泄漏事故的爆炸危险范围；计算泄漏并点燃状态下喷射火的火焰尺寸，计算出泄露事故的辐射热通量，得到热辐射危险范围；根据模拟与计算结果拟合出与爆炸危险范围与热辐射轻伤半径计算式。本发明专利技术可快速对目标管道小孔泄漏事故进行分析预测，为氢气管道的设计安装以及事故发生的安全疏散提供更为准确的参考。提供更为准确的参考。提供更为准确的参考。

A safety distance determination method based on high pressure hydrogen pipeline leakage accident

【技术实现步骤摘要】
一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法


[0001]本专利技术涉及氢气管道安全评估领域，特别涉及一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法。

技术介绍

[0002]氢能源的产业化需要成熟的氢输送基础设施，以期保持与现有汽油输送基础设施相同水平的安全性和便利性。安全高效的氢输送基础设施可以支持氢能的各种生产途径，既可以在大型集中式工厂生产，也可以在各加氢站和固定发电站进行分布式生产。因此，构建安全高效的氢气储运及配送基础设施，是氢能产业发展必须解决的重大问题。
[0003]管道运输作为发展氢能产业的一大基础，在保障绿色能源满足市场需求的同时，经常会受到事故、人为错误、异常操作、设备故障等的干扰，因此，研究氢气管道事故以评估风险，提前对事故灾害进行分析预测，设定安全距离，这一点极为重要。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，提前对事故灾害进行分析预测，设定安全距离，为氢气管道的设计安装以及事故发生的安全疏散提供更为准确的参考。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，包括以下步骤：
[0007](1)利用Fluent软件建立高压氢气管道的三维物理模型；
[0008](2)利用Fluent软件，采用步骤(1)建立的三维物理模型，针对不同的孔径对泄露事故进行数值模拟，得到不同孔径条件下的泄露事故的氢气泄漏流量Q
m
，其计算公式如下：
[0009][0010]式中，Q
m
为泄露孔口的质量流量；C0为泄露系数，圆孔通常取1；d
or
为孔口当量直径；P2为泄漏点处的绝对压力；M为氢气摩尔质量；Z为压缩因子；R为通用气体常数；T2为泄漏点处的气体温度；k为热容比；
[0011](3)在Fluent软件中建立以氢气喷射区域为核心的三维空间模型；
[0012](4)将步骤(2)得到的不同孔径条件下的泄露事故的氢气泄漏量代入步骤(3)得到的三维空间模型中，进行氢气泄漏扩散模拟，拟合得到在未点燃状态下泄漏事故的爆炸危险范围的计算公式；
[0013](5)计算泄漏并点燃状态下喷射火的火焰尺寸，结合加权多点源模型计算出泄露事故的辐射热通量，拟合得到热辐射危险范围的计算公式；
[0014](6)结合步骤(4)的爆炸危险范围及步骤(5)的热辐射危险范围，确定基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离。
[0015]优选的，步骤(2)所述孔径的大小不超过20mm。
[0016]优选的，步骤(3)所述的三维空间模型的所需参数包括泄漏孔大小，操作压力，环境压力和温度。
[0017]优选的，步骤(3)所述建立以氢气喷射区域为核心的三维空间模型，具体为：根据自由射流理论进行三维空间划分，确定大小合适的空间，建立以氢气喷射区域为核心的三维空间模型。
[0018]优选的，所述确定大小合适的空间，具体为：
[0019]进行多次模拟，根据上一轮模拟的结果调整空间大小，确定大小合适的空间。
[0020]优选的，步骤(5)所述计算泄漏并点燃状态下喷射火的火焰尺寸，具体为：根据以下公式计算泄漏并点燃状态下喷射火的火焰尺寸H：
[0021]H/D＝1.9Q
*2/5
[0022]其中，D为喷射孔的特征长度；Q
*
为无量纲火焰功率。
[0023]优选的，所述泄露事故的辐射热通量的计算公式为：
[0024][0025]式中，q
WMP
为目标点接收到的辐射热通量；q
n
为目标点接收到的第n个点源的辐射热通量,1≤n≤N，N为沿火焰轴线分布的点源个数；w
n
为第n个点源辐射强度的权重；X
R
为辐射热与喷射火释放热之比，氢气取0.1；LHV为氢气燃烧热；τ
n
为第n个点源到接收器之间的大气透射率；S
n
为第n个点源到接收器的距离；为第n个点源至接收器中心连线和接收器平面法线的夹角。
[0026]优选的，所述火焰轴线的长度L
S
由以下公式计算：
[0027]L
S
＝β
×
L
f
[0028]式中，L
f
为可见光高度为可见光高度；β为缩放参数。
[0029]优选的，L
f
由以下公式计算：
[0030]L
f
＝H
‑
S
[0031]式中，H为火焰尺寸；S为火焰推举距离。
[0032]优选的，所述S由以下公式计算：
[0033][0034]式中，u为氢气的喷射速度；C为经验常数，取2.65*10
‑5S。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0036]本专利技术的基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，通过研究小孔泄漏范围内的氢气管道泄漏扩散以及喷射火事故，得出与泄漏孔径相关的爆炸危险范围以及人员与设备所需的安全距离计算式，可快速对目标管道小孔泄漏事故进行分析预测，为氢气管道的设计安装以及事故发生的安全疏散提供更为准确的参考。
附图说明
[0037]图1为本专利技术的实施例的基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法的流程
示意图。
[0038]图2为本专利技术的实施例的基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法所构建的管道三维示意图。
[0039]图3为本专利技术的实施例的基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法中10mm孔径泄漏事故的加权多点源模型计算示意图。
[0040]图4为本专利技术的实施例的基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法中10mm孔径泄漏事故的辐射热通量随距离变化示意图。
[0041]图5为本专利技术的实施例的基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法中小孔泄漏事故喷射火辐射热通量随水平距离变化示意图。
具体实施方式
[0042]下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0043]实施例
[0044]如图1所示，本实施例的基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，包括以下步骤：
[0045](1)利用Fluent软件建立高压氢气管道的三维物理模型；
[0046](2)利用Fluent软件，采用步骤(1)建立的三维物理模型，针对不同的孔径对泄露事故进行数值模拟，得到不同孔径条件下的泄露事故的氢气泄漏量；
[0047](3)在Fluent软件中建立以氢气喷射区域为核心的三维空间模型；
[0048](4)将步骤(2)得到的不同孔径条件下的泄露事故的氢气泄漏量代入步骤(3)得到的三维空间模型中，进行氢气泄漏扩散模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用Fluent软件建立高压氢气管道的三维物理模型；(2)利用Fluent软件，采用步骤(1)建立的三维物理模型，针对不同的孔径对泄露事故进行数值模拟，得到不同孔径条件下的泄露事故的氢气泄漏流量Q
m
，其计算公式如下：式中，Q
m
为泄露孔口的质量流量；C0为泄露系数，圆孔取1；d
or
为孔口当量直径；P2为泄漏点处的绝对压力；M为氢气摩尔质量；Z为压缩因子；R为通用气体常数；T2为泄漏点处的气体温度；k为热容比；(3)在Fluent软件中建立以氢气喷射区域为核心的三维空间模型；(4)将步骤(2)得到的不同孔径条件下的泄露事故的氢气泄漏量代入步骤(3)得到的三维空间模型中，进行氢气泄漏扩散模拟，拟合得到在未点燃状态下泄漏事故的爆炸危险范围的计算公式；(5)计算泄漏并点燃状态下喷射火的火焰尺寸，结合加权多点源模型计算出泄露事故的辐射热通量，拟合得到热辐射危险范围的计算公式；(6)结合步骤(4)的爆炸危险范围及步骤(5)的热辐射危险范围，确定基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离。2.根据权利要求1所述的一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，其特征在于，步骤(2)所述孔径的大小不超过20mm。3.根据权利要求1所述的一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，其特征在于，步骤(3)所述的三维空间模型的所需参数包括泄漏孔大小，操作压力，环境压力和温度。4.根据权利要求1所述的一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，其特征在于，步骤(3)所述建立以氢气喷射区域为核心的三维空间模型，具体为：根据自由射流理论进行三维空间划分，确定大小合适的空间，建立以氢气喷射区域为核心的三维空间模型。5.根据权利要求4所述的一种基于高压氢气管道泄漏事故的安全距离确定方法，其特征在于，所述确定大小合适的空间，具体为：进行多次模拟，根据上一轮模拟的结果调整空间大小，确定大...

【专利技术属性】
技术研发人员：周妮，李秀喜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：