喷淋系统对制冷站氨泄漏事故影响的数值模拟

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氨以其良好的热力学性能及对大气层无任何不良反应等特性,正取代氟利昂而被广泛应用于大型制冷装置中,但是由于氨具有易燃、易爆、有毒等物理性质,发生氨泄漏事故会造成人员生命和财产损失的严重后果,在局部空间内部的液氨泄漏事故,尤其是中毒伤害,比室外氨泄漏事故造成的损失更大。制冷站空间狭小,如发生氨泄漏事故时采取应急措施不当,氨会在短时间内扩散,布满整个站内空间,严重威胁到工作人员和救援人员生命安全。国内外对室外环境液氨储罐泄漏和扩散做了大量研究,包括泄漏事故的理论机理、泄漏状态变化及影响因素等,《冷库设计规范》GB50072-2010中也规定了“压缩机房贮氨器上方宜设置水喷淋系统和选用开式喷嘴”,喷淋系统作为救援装置,氨泄漏事故发生时,其可以迅速降低站内空气中氨气浓度、减缓氨气扩散速度,降低事故严重程度,已经得到大量应用。但是对于喷淋系统并未给出明确的布置要求,如喷嘴布置参数、出水压力及喷嘴间距等,对多家制冷站调研过程中发现,喷嘴布置的确不统一,主要常见为贮氨器侧上方“边墙布置”及正上方“顶板布置”,这类随意布置的情况会严重影响喷淋系统对泄漏氨的吸收,降低救援效果。为确定适用于制冷站的喷淋系统工作压力、喷嘴设置位置及喷嘴间距,本文进行以下方面研究:1.采用Fluent对制冷站氨泄漏后气体湍流扩散运动进行模拟,分析氨气IDLH(Immediately Dangerous to Life or Health concentration)区域、爆炸危险区域及低温危险区域变化趋势,总结站房内部危险区域分布特性。2.采用离散相模型及压力-旋流雾化模型对喷淋系统进行模拟,选取颗粒轨道模型跟踪液滴运动,通过改变喷嘴工作压力,监测液滴索太尔平均直径(SMD)大小及液滴下降速度,优化喷嘴雾化效果。3.喷嘴采用贮氨器侧上方边墙布置,观测制冷站内氨气IDLH区域及爆炸危险区域,分析此种布置方式对氨泄漏事故应急处置的适用性。4.喷嘴采用贮氨器正上方顶板布置,通过改变喷嘴位置、喷嘴个数及间距,观测制冷站内气体运动规律及氨气浓度分布情况,确定最佳的喷嘴位置及喷嘴间距。由于氨的毒性,目前开展局部空间的流体试验尚有困难,本文通过仿真手段,得到喷淋系统的布置方案,需要以后进一步进行验证和调整,但是对目前氨泄漏应急救援技术方面,可以提供理论上的参考。
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