بخشی از مقاله
چکیده
بسیاری از فراورده های اشتعال پذیر در مخازن بزرگ در فشار اتمسفریک ذخیره می شوند نادیده گرفتن مخلوط هیدروکربون و هوا در این مخازن می تواند منجر به انفجار و خسارات مرگ بار یا آسیب تجهیزات و ساختمان های اطراف شود . برای پیشگیری ، بایستی مفهومی بنام فاصله ایمن تعریف شود . بسیاری از دانشمندان روش هایی ابتدایی برای محاسبه فاصله ایمن ارایه کرده اند .
در این تحقیق این روش های ابتدایی با روش های محاسباتی پیچیده تر با استفاده از کدهای 62CFD مقایسه شده اند . برای شبیه سازی سه بعدی انفجار گاز از و کدهای دینامیک سیالات محاسباتی در نرم افزار FLACS برای تعیین پروفیل نیروی فشاری که بر روی دیواره داخلی مخازن اعمال می شود استفاده شده است . واکنش ساختاری مخزن - تغییر شکل و جابجایی - تحت نیروی انفجارکه قبلاً محاسبه شده است با استفاده از نرم افزار LS-DYNA محاسبه گردیده است . بعد از ارزیابی و مقایسه نتایج، ما می توانیم تصدیق کنیم که بعضی از نتابج به دست آمده در این روش های ابتدایی مناسب نیستند . همچنین در این تحقیق داده های معینی که باید برای محاسبه معقولانه و مطمئن فاصله ایمن جمع آوری شوند مشخص شده است.
مقدمه
بسیاری ار فراورده های اشتعال پذیر در دما و فشار معمولی مثل هیدروکربون های مایع از جمله : بنزین، نفتا، نفت سنگین، نفت سفید، گازوئیل و ... در مخازن بزرگ در فشار اتمسفریک و در مخازن کوچکتر در فشار های پایین - حدود bar ِ/ً - ذخیره می شوند 3]،2،.[1 در این مخازن کم و بیش مقداری از مخلوط گازی اشتعال پذیر هیدروکربن- هوا در بالای فاز مایع ممکن است به وجود بیاید - به ندرت برای مخازن با سقف متحرک و بیشتر برای مخازن با سقف ثابت - . سپس اگر میزان انرژی کافی به مخلوط برسد باعث اشتعال و در نتیجه منجر به انفجار یا آتش سوزی می شود - بستگی به حجم، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مخلوط و همچنین ویژگی های ساختاری مخزن دارد
هنگام انفجار یک مخزن، امواج پرفشاری که تولید می گردند ممکن است اثرات بسیار مخربی بر جای بگذارند - مانند حادثه منطقه نفتی پارتریج در سال ًًٍّآمریکا - ]ُ.[ برای جلوگیری از این حوادث بایستی فاصله ایمن مشخص شود. فاصله ایمن عبارتست از حداقل فاصله از مخزن که آستانه امواج انفجار به صفر می رسد؛ به عبارت دیگر کلیه تأسیسات، تجهیزات و ساختمان ها باید حداقل به میزان این مقدار - فاصله ایمن - از مخازن فاصله داشته باشند. از این رو بسیاری از روش های ابتدایی برای محاسبه فاصله ایمن مربوط به آستانه ناحیه ی پر فشار ابداع شد 8]،7،6،.[5در این تحقیق راهکارهایی برای بهبود ارزیابی فاصله ایمن به مهندسین بر اساس مقایسه روش های ساده و روش های پیچیده تر LS-DYNA - ، - FLACS پیشنهاد شده است.
روش های محاسباتی سنجش فاصله ایمن
به دلیل شدت پیامدهای احتمالی و برنامه ریزی کاربردی زمین - land-use planning - نیاز به داشتن یک روش مناسب برای محاسبه فاصله ایمن برای هر حادثه خطرناک بیشتر می شود. روش های ابتدایی از روابط زیر بهره می برند و تفاوت آن ها در مفروضات آن هاست
نسبت گرمای ویژه :
ضریب شکست توزیع انرژی:F
ضریب تغییر شکل فولاد سخت در ضریب شکست :
فاکتور اول - 3[9/ -1 - بیان کننده میزان انرژی برود - Brode energy - است که میزان انرژی خالص آزاد شده توسط انفجار را نشان می دهد. فاکتور دوم - 1-F - بیان کننده انرژی صرف شده برای پرتاب شدن قطعات مخزن است. به عقیده کوکس و ساویل ]ٌٍ[ مقدار F در شکستگی سخت برابر ٍ/ً و در شکستگی نرم برابر ّ/ً است. سومین فاکتور - 1/1+ 3 -3 - بیان کننده انرژی لازم جهت تغییر شکل مخزن است . برای فولاد سخت برابر با ََ/ً فرض می شود . مقدار فاصله ایمن برای آستانه پرفشار معین با استفاده از معادله ٍ محاسبه می گردد.
انفجار گازی و نتایج شبیه سازی ها با استفاده از کدهای CFD شبیه سازی انفجار گازی
برای شبیه سازی انفجار گازی برای شناسایی پارامترهای اصلی در ارزیابی انفجار یک مخزن از نرم افزار FLACS استفاده شده است. در این شبیه سازی پارامترهای زیر مورد مطالعه قرار گرفتند.
· میزان فشار شکست اتصالات سقف - بدنه
· نسبت های استوکیومتری
· محل احتراق اولیه
· جرم مخصوص سقف
· نسبت H/D
· حجم مخزن
فرض می کنیم مخزن به طور کامل پر از بخار - بدون مایع - باشد و متصل به زمین نباشد . همچنین فرض می کنیم فقط سقف در هنگام انفجار پرتاب گردد چون این روزها در ساخت مخازن از اتصالات شکننده ای برای اتصال سقف به مخزن استفاده می شود . سقف مخزن را به صو رت منحنی همچنین بدون ترک و تغییر ناپذیر 63 در نظر می گیریم . چون این خصوصیات باعث می شود احتراق مواد درون مخزن به حداکثر برسد . به عقیده بوم ] 64ٌّ[ تأثیرات سقف مخزن در فاصله ای بیشتر از نصف شعاع مخزن قابل اغماض است.
