三维仿真模拟软件FLACS在石化行业中的应用
三维仿真模拟软件可根据石化企业的实际情况，在事故发生之前模拟泄漏、火灾和爆炸，从而通过优化安全设计、加强防火防爆系统设置等手段，消除事故隐患。 液化天然气（LNG）是天然气的液态形式，由于其特性，LNG 比天然气有着更广泛的用途。随着世界天然气产业的迅猛发展，目前 LNG 已成为国际天然气贸易的重要部分。 LNG 的生产、存储和运输都具有很高的风险，国内外 LNG 相关的火灾、爆炸事故时有发生。如：2012 年 3 月，法国道达尔石油公司北海海域一油气平台天然气泄漏事故，对海域造成严重污染。2009 年 2 月，上海洋山深水港 LNG 发生爆炸造成 1 死 16 伤。1988 年，派珀 - 阿尔法钻采平台天然气爆炸，造成 167 人死亡。 因此，自 20 世纪 70 年代以来，全球的石化行业巨头如英国石油公司、壳牌、道达尔、挪威石油公司等，为了降低海上石油平台爆炸风险，共同出资，研制了一款三维爆炸仿真软件，也就是 Flacs 的前身。仿真模拟软件可根据石化企业的实际情况，在事故发生之前模拟泄漏、火灾和爆炸情形，从而通过优化安全设计、加强防火防爆系统设置等方式，消除事故隐患。同时，模拟仿真软件还可以在事故发生之后，进行危害评估，通过模拟仿真的手段寻找事故发生的原因，从而得出较为准确的事故调查结论。 在国际上，仿真模拟软件工具主要分为二维和三维。二维模拟软件使用比较简单，模拟速度快。但是可模拟的气体种类较少，因此只能用于简单的几何障碍物环境。对于复杂的几何障碍物环境，模拟的结果就不太精确或者无法模拟，如 ：无论空间内障碍物密度多高，模拟结果都一样 ；无法模拟风向和泄漏方向相反的情况 ；无法模拟没有风的情况。三维模拟软件则可以弥补上述不足。 实用案例 目前三维模拟软件类型包括 FLACS、KFX、Mercure、FLUENT 等。FLACS 可模拟在任何复杂的几何环境下，由于气体泄漏导致爆炸的情形。2011 年，美国交通运输部所属的管道与危险物质安全管理局（PHMSA）批准，FLACS 可以用于 LNG 蒸气扩散模拟。FLACS 是目前唯一在美国获得批准的，可用于陆上 LNG 设施选址所有要求条件的三维场景模拟的软件。 通过对一款二维模拟软件与 FLACS 进行对比，我们可见后者的优势，如图 1 所示。
图1 美国PHMSA官方对FLACS与某二维模拟软件的对比 在这两款软件对比中，美国交通运输部所属的管道与危险物质安全管理局对海上石油平台进行建模，并在不同风速影响的情况下，模拟其气体泄漏情况。经实验，风速为5m/s 时，当风向与气体泄露方向相同的时候，在空旷区域，模拟结果没有显著差异。在复杂几何区域时，发现气体云位置和体积不一样。见图 2。
图2 风速为5 m/s时，复杂集合区域的模拟结果 当风速为 0 m/s 时，FLACS 可模拟无风情况，二维软件则无法达到这种效果，只能用较小风速代替。无风状态下，在复杂几何区域，FLACS 模拟结果为气体云上扬，与实际情况较为相符，而二维软件无法模拟。见图 3。
图3 FLACS可模拟气体在复杂集合区域及无风的情况下的泄露情况 当风向和气体泄漏方向相反时，FLACS 软件可以模拟气体泄露情况，而二维软件则无法模拟。见图 4。
图4 风向和泄漏方向相反时，两款软件的模拟结果 以法国 Total（道达尔）公司的一个实际案例，可以分析二维和三维软件模拟效果的不同。 道达尔公司建立在安哥拉 Girassol 油田的“浮式生产储卸油装置”，最初设计时使用了某二维模拟软件。投产后，在没有风的情况下，每当打开上管槽排气的高速阀门 3~5 min 后，工艺甲板上的气体探测器经常性不分日夜地误报，公司经常紧急停车导致系统停产，给公司造成巨大的经济损失。 这个设计缺陷主要是由于这种二维软件的局限性造成的。由于二维软件不建议模拟风速小于 1 m/s 的场景，因此无法准确模拟出无风状态。另外，使用二维模拟软件，排放的废气永远不会触及甲板。这样，公司无法了解废气排放的实际情况，从而导致了对于浮式储油卸油装置的设计错误。而用三维 FLACS 模拟，我们将得到另一种结果。 FLACS 软件模拟了风速为 0 m/s、0.2 m/s、 0.5 m/s和 1 m/s 时的情况，其中前三种情况，气体触及了甲板。 在进行模拟之后，Total 公司继续用 FLACS 寻找解决这个困境的方案，并找到了两种解决方案。
方案一 是用两个风 扇 水 平 朝 管 槽 口 吹风。使用FLACS 模拟没有风速的场景，发现排出的气体可以触及甲板，这样就可以模拟气体排放的真实情况。
图5 使用方案二后的气体排放模拟情况 由此可见，在这个案例中，三维软件 FLACS 比二维软件更具优势——它可以模拟复杂的几何布局 ；可以模拟任意的风速和泄漏方向；可以加入水濆系统的使用；还可模拟通风对现场的影响。其实，也正是这些特点，能够帮助石化企业优化安全设计，规避生产作业中的各种潜在风险。 现实生活中，大部分火灾和爆炸事故起源于气体泄漏。为了防止这类事故危害的产生，人们要投入昂贵的防火防爆安全措施。目前，FLACS 软件已经在国内众多企业（如中石油）的油气工程项目中进行了应用，其三维动态模拟仿真取得了很好的效果，为开展危险分析和定量风险评估提供了科学有力的工具。此外，FLACS 还可用于危险化学品企业的安全规划、安全措施评估、控制室设计和位置确定，也可用于城市公共安全，如 ：地铁系统、隧道的爆炸模拟，还可用于各类火灾、爆炸、泄漏事故的事故调查。
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