基于LabVIEW的电厂燃油储罐泄漏模拟程序设计

王文杰 刘帆

【摘要】为了真实模拟电厂燃油储罐泄漏的变化规律，在分析液体储罐泄漏模型和蒸发模型的基础上，基于LabVIEW虚拟仪器平台，设计了一款电厂燃油储罐泄漏模拟程序。通过输入储罐的设计资料，燃油的存储情况及油罐车卸油进罐的流速等指标，可以模拟出储罐泄漏的变化情况及各时刻的泄漏量和蒸发量。仿真实验结果表明：电厂燃油储罐泄漏速率高，短时间泄漏量大；蒸发速率随时间的推移呈显著的指数增长。模拟结果符合客观实际，为电厂燃油储罐的安全管理提供了有益参考。

【关键词】电厂储罐；泄漏；蒸发；LabVIEW虚拟仪器

1、引言

火力发电厂一般将轻柴油存储于封闭的储罐中，由于轻柴油中含有一定量的硫化物、环烷酸和氯盐[1]，加之个别电厂的地理位置靠近海洋，储罐长期处在强风和潮湿的环境中，极容易出现腐蚀性泄漏的情况。液态燃油泄漏可能会引发火灾、爆炸和扩散中毒事故，造成极其严重的后果[2]。因此，对电厂燃油储罐泄漏过程的正确研究是控制事故发生，提高电厂安全管理的前提条件。由于电厂燃油储罐规模庞大，实验模拟的难度极大，而运用计算机仿真则能很好的解决这一问题，同时节约了成本，缩短了研究周期。本文针对电厂燃油储罐泄漏的特点建立了储罐泄漏和蒸发模型，基于LabVIEW虚拟仪器平台开发了一套动态仿真模拟程序，该程序可以展现储罐泄漏后实时的泄漏量和蒸发量，并图形化的展现该两种定量指标的变化趋势，为电厂燃油储罐区的安全评价和应急救援管理提供了有益参考。

2、材料与方法

2.1软件的开发环境

实验室虚拟仪器工程工作台简称LabVIEW，是一个用于开发虚拟程序语言的平台软件。通过系统软件的框图来组成算法，然后形成用户界面，算法、条件、功能都包括在详细的框图之中，框图的性质在每个分行代码和终端决策中得以体现[3]。LabVIEW最大的特点之一是具有较好的数据图形化功能，通过图形展示的数据变化趋势，可使结果一目了然。并且其图形代码（G代码）的设计方式降低了开发的难度和周期。

2.2储罐的泄漏模式及数学模型

2.2.1泄漏模型。燃油储罐泄漏主要是由于油品中存在强氧化性和强腐蚀性的化合物，加之环境潮湿而形成腐蚀小孔，泄漏发生的部位一般是储罐的底部。泄漏的流速和液面高度、储罐内外压差有关。由于小孔的泄漏量相对于整个储罐的存储量不大，所以在瞬时或短时间内的泄漏可以看做压强差没有变化，根据伯努利方程[4]来计算，泄漏的速率为：

2.2.2蒸发模型。液体油品流出泄漏口，掉落在地面形成液池，液池在表面张力的作用下以圆形均匀向外扩展，忽略液体粘性，最终形成等厚度的圆形液池。液池在风和大气的作用下出现蒸发现象，液池蒸发的速率可根据理想气体方程[5]：

3 储罐泄漏模拟程序设计

3.1 模块和设计流程

将上述计算模型置入LabVIEW虚拟仪器平台进行编程，该程序有数据输入模块，模型算法模块和结果显示模块。其中模型算法是核心模块，选择输出格式，可以输出数值和图形两种显示格式，便于使用者根据用途进行选择，程序设计流程图如图1所示。

3.2程序应用

沧东发电厂燃油储罐区使用储罐的基本资料如表2所示。某时刻罐内已存放#0轻柴油833t，此时有油罐车卸油进罐，使用卸油泵流量为23.4m3。假设此时储罐底部出现面积为0.0025m2的长方形泄漏孔，运用本系统计算卸油过程中5分钟内的泄漏情况，得出储罐的初始泄漏速率为15.0243kg/s，最终的泄漏速率为14.9988kg/s，总泄漏量高达4488.47kg；初始蒸发速率为2.771×10-5kg/s，最终蒸发速率为6.05×10-3kg/s，总蒸发量为0.9334kg。泄漏量和蒸发量的实时变化如图2所示。

由图（a）可知，油罐车卸油进罐和泄漏共同作用，导致了泄漏流量逐渐增加，但由于腐蚀孔较小，泄漏量远远小于储罐的存装量，导致泄漏量曲线变化不明显；由图（b）可知，泄漏液体的蒸发量明显呈指数增长，这是由于流出液体形成的液池扩大速度极快，液體的单位蒸发面积也随之扩大，蒸发速率呈指数增长。两种曲线的变化是符合客观规律的，由此可见LabVIEW的动态模拟结果是合理的。而在此作业过程中，仅5分钟储罐的泄漏量就达到了4t以上，足见燃油储罐泄漏事故的严重程度，需要对其进行重点管理。

4、结论

本文针对电厂燃油储罐泄漏的特点，设计了燃油储罐泄漏模拟系统。该系统可以准确的模拟储罐的泄漏过程，计算出任意时刻的泄漏量和蒸发量等定量参数，并展现出其变化趋势，在储罐存量动态变化时也能起到较好的效果。运用该系统可以较好的模拟储罐泄漏的事故后果，企业可以此为依据安排应急救援力量，同时也为储罐的安全评价提供了一定的参考。

参考文献

[1]郑明光，于凤昌.原油动态腐蚀评价[J].石油化工腐蚀与防护，2007，24（4）： l6-l8.

[2]蒋国辉，张晓明，闫春晖，等.国内外储罐事故案例及储罐标准修改建议[J].油气储运，2013，32（006）：633-637.

[3] Chouder A， Silvestre S， Taghezouit B， et al. Monitoring， modelling and simulation of PV systems using LabVIEW[J].Solar Energy， 2013， 91：337-349.

[4] 蔡凤英等.化工安全工程[M].科学出版社，2009.

[5] Mackay D， Matsugu R S. Evaporation rates of liquid hydrocarbon spills on land and water[J]. The Canadian Journal of Chemical Engineering， 1973， 51（4）： 434-439.

[6]潘旭海，蒋军成.泄漏液池动态蒸发过程模型研究与分析[J].工业安全与环保，2006，32（4）：43-46.

作者简介

王文杰（1986-），男，籍贯广东，研究生，现供职于佛山市三水区安全生产监督管理局，历任神华河北国华沧东发电有限责任公司安全主任，研究方向：安全和环境领域。