大型LNG接收站泄漏事故灾害效应分析与预测

LNG接收站的储运介质主要是液化天然气,由于其具有易泄漏、易挥发扩散等特性,泄漏形成的可燃蒸气云团有可能引发火灾爆炸等严重后果,分析并预测接收站LNG泄漏事故产生的灾害效应,可以为LNG接收站选址、布局设计和事故灾害预防提供参考。为此,利用FLACS软件,根据国内某大型LNG接收站的现场布局建立LNG泄漏扩散三维预测模型,采用相对偏差率对不同风速、风向和围堰高度条件下的LNG泄漏扩散行为进行分析与评价,预测了接收站LNG泄漏事故产生的灾害效应。研究结果表明:①在300 s的扩散时间内,LNG泄漏扩散呈现重力沉降特点;②定量分析了泄漏点位置对国内某拥有5个储罐的大型接收站LNG泄漏与扩散效应的影响,确定3号储罐泄漏造成的灾害效应影响最大;③围堰高度对LNG气云爆炸灾害效应的影响最大,其次为风速和风向,而风向对LNG气云窒息灾害效应的影响最大,其次为围堰高度和风速;④发生泄漏事故意外点火爆炸,热辐射死亡最大半径为170.1 m,三度烧伤最大半径为213.7 m,二度烧伤最大半径为261.7 m,一度烧伤最大半径为370.1 m,其气云团覆盖的范围基本是死亡区,人员重伤死亡。     

内河LNG船舶气体扩散、火灾和爆炸后果模拟

为了验证LNG作为内河船舶燃料的安全性,利用基于N-S方程的CFD计算软件对内河LNG船舶LNG泄漏后的扩散、火灾和爆炸后果进行了数值模拟。计算了不同工况下气体云团的扩散行为,得到了不同工况下最大液池面积、最大液池质量、平均蒸发率、气云最大扩散距离、最大气云体积等结果。比较了风速、风向、大气稳定度等不同环境因素对气体扩散行为的影响,并定量分析了池火灾和气体云团爆炸后对周边的影响。结果表明:①在LNG泄漏阶段,气体扩散表现为重气扩散的特征;②风速对可燃气体云团的扩散有明显影响;③通过设置围堰,能够在一定程度上减轻LNG泄漏对周边造成的不利影响;④若LNG泄漏后发生池火灾,船上大部分结构都会处于37.5 kW/m~2热辐射强度影响范围下,周边船舶和人员应迅速撤离至着火船舶35 m范围外以确保安全;⑤一旦可燃气体云团发生爆炸,爆炸产生的超压为1.4 kPa,主要后果为玻璃破碎,不足以对岸上设施造成严重破坏。     

某大型LNG储罐泄漏扩散及其影响因素研究

大型LNG储罐内储存着大量低温且易燃易爆的LNG,一旦发生泄漏将对周边人群、财产及大气环境造成极大危害。针对南方某LNG接收站的大型LNG储罐建立三维数值模型,对LNG泄漏扩散过程进行数值模拟,分析风速、风向与障碍物对LNG泄漏扩散的影响规律。结果表明:风对高浓度气云的混合稀释作用较强,对低浓度气云的平流输送作用较强且大风速更利于促进气云扩散,3 m/s的低风速下1/2爆炸下限气云下风向最远距离可达554 m;从顺风泄漏到逆风泄漏,储罐本身对气云扩散的阻碍作用逐渐增强,气云扩散速度逐步减慢,逆风泄漏最不利于气云扩散,稳定后形成的危险区域最大;障碍物会导致重气云短期聚积,并使得气云扩散时呈现攀爬和分流两种形式;将相同环境条件下的单罐及罐区泄漏扩散后果进行对比,发现同一时刻的罐区危险气云体积比单罐危险气云体积大得多,主要是由于罐区其他大型储罐在改变风场分布的同时阻碍气云扩散,延长了高浓度气云的停滞时间。该研究对今后预测大型LNG储罐泄漏扩散有一定借鉴意义,可为应急防护策略的制定提供参考依据。     

LNG重气扩散安全距离及影响因素

LNG储存温度为-161.5 ℃,一旦发生泄漏,迅速蒸发后的气体密度约为空气密度的1.5倍,低温的重气云团将会发生重力沉降;同时,由于大气湍流将空气卷吸进入云团内部,低温重气云团也会被加热,向正浮性气体扩散转变。为此,研究了LNG大规模持续泄漏产生的气体扩散问题,建立了LNG泄漏时安全距离的计算方法,并分析对安全距离的影响因素。从DEGADIS重气扩散基本模型出发,建立了LNG泄漏扩散时的场景条件和计算程序,并考虑了LNG向下风向扩散过程中受热形成的浮升效应以及风速和大气不稳定度的影响。所建立的方法比其他方法具有更好的准确性和适用性。通过与LNG泄漏扩散实地实验（Burro系列实验）数据进行比较,验证了该方法的计算结果,平均相对偏差为24.82%。通过研究风速、大气稳定度、泄漏源大小、围堰尺寸等因素对LNG气体扩散的影响,确定了不同条件下LNG扩散的安全距离要求。     

喷射水幕对LNG蒸气扩散影响的CFD模拟

在液化天然气（LNG）站场内设置喷射水幕是安全隔离、控制LNG泄漏后蒸汽云扩散和减缓事故后果的重要措施之一,然而目前对各类型水幕的减缓效果进行数值分析的成果鲜见。为此,利用计算流体力学（CFD）模型以及事故场景建模和动态模拟的方法,分别对扇形和锥形喷射水幕的下风向蒸气云扩散的穿透过程和阻隔性能进行设置模拟和参数分析,研究了不同水流量、水幕与扩散源间距等参数对减缓性能的影响情况。结果表明：①合理设置水幕能够将扩散安全距离减小50%以上,危害面积减小60%以上;②在同样的水幕喷射压力和喷射流量下,扇形水幕的阻碍效果优于锥形水幕;③提高喷射压力、增加水幕高度和宽度、合理设置水幕和泄漏源间距,均有利于降低蒸气云扩散距离,有效增强被保护设施的安全性。     

高倍泡沫抑制 LNG 蒸汽扩散实验分析

高倍泡沫应用到泄漏的LNG液池上,可加速蒸汽向上扩散,减少下风向甲烷扩散浓度。通过LNG在不同泄漏条件下实验数据的对比,得出高倍泡沫应用后下风向甲烷浓度明显减少,且下风向甲烷气体的浓度减少程度与泡沫发泡倍数有关,其中泡沫倍数为750对下风向甲烷浓度减少最为有利,可为事故泄漏情况下采取危害缓解措施,缩小危险区域提供指导性建议。对实际工程安全距离的确定具有重大意义。     

LNG储罐泄漏危险性数值计算

为解决LNG储罐泄漏扩散模拟分析过程中存在计算和分析过程过于复杂的问题,通过选取适当的气体扩散模型,利用Matlab编写程序,对甲烷气体的扩散进行快速模拟计算,形成气体扩散浓度分布图,预测甲烷蒸汽在向下风向扩散的过程中形成爆炸危险区域,并模拟分析风速、地表粗糙度、泄漏速率等因素对LNG泄漏气体扩散影响。研究结果表明,当风速方向和泄漏源泄漏方向一致时,甲烷蒸汽扩散距离和危险区域面积随风速增大呈减小趋势;甲烷蒸汽在下风向扩散距离及危险区域面积随着地表粗糙度的增大而减小;甲烷蒸汽扩散距离和危险区域面积随泄漏速率的增大而增大。     

LNG重气连续点源泄漏扩散的数值模拟研究

针对LNG重气云团连续点源泄漏扩散， 结合箱模型和IIT-2模型分析了LNG云团的扩散特性。①首先，选取不同的气象条件，对扩散过程的速度、空气卷吸量、温度和高度进行数值模拟，讨论了不同大气条件下云团的流动规律、空气卷吸和气化过程等对云团扩散过程和方式的影响。数值模拟表明：一般情况下，LNG云团温度在分钟数量级达到了大气温度，进入被动扩散阶段；E级大气条件下，径向速率衰减较慢，进入被动扩散的过程非常缓慢；LNG气化过程不明显，重气效应未完全消失，不利于LNG云团的稀释和冲淡。②进而计算了下风向固定点处地面最大浓度值，并与Maplin Sands Fields Trial扩散实验的对比，验证了LNG重气扩散预测模型的可行性和合理性。③最后，分析了风速、泄放速率和大气条件对LNG扩散距离和爆炸上下限浓度扩散范围的影响。     

装卸作业接头密封圈失效LNG泄漏数值模拟研究

在LNG槽车装卸作业过程中,LNG快速接头长时间在低温高压下工作,接头的密封圈极易损坏,导致LNG泄漏,其后果不堪设想。使用FLACS建立LNG泄漏扩散模型,并以Falcon系列实验的现场实验数据验证了该LNG泄漏模型有效性。再以装卸作业时LNG快速接头密封圈失效导致LNG泄漏扩散为研究对象,建立LNG装车区实体模型,并分析该泄漏工况下LNG扩散规律、危险区域范围、可燃气云TNT当量和影响因素。结果表明,在密封圈完全失效的情形下,LNG扩散形成的燃烧爆炸危险区域最大直径为58 m,形成的可燃气体云团体积最大为178.7 m³,其TNT当量最大约为24 kg。      

LNG泄漏扩散模拟研究

为了准确描述环境因素对液化天然气(LNG)泄漏后扩散的影响,研究和比较了各种气体扩散模型,将板模型和高斯模型相结合建立液化天然气泄漏扩散模型;重点讨论了泄漏后蒸气扩散的运动规律及重要影响因素,结合大气湍流理论和气体运动状态方程对LNG蒸汽的重气扩散和被动扩散过程进行了详细论述。运用MicrosoftVisualBasic和MATLAB语言开发了液化天然气泄漏扩散模拟软件,通过模拟不同情况下LNG泄漏的危险性区域,分析了环境因素对LNG泄漏后果的影响。将模型计算结果进行了结果分析,总结了风速和大气稳定度相互作用对液化天然气泄漏的影响规律,为该类事故的风险定量计算提供了可借鉴的方法,可为有关部门制订和完善事故的应急救援措施和风险管理提供参考。     

LNG站场防火间距及安全性分析

目前我国相关防火安全规范缺管道明确规定适用于工程事故的分析模型。针对LNG站场主要危险源及防火间距的问题,依据NFPA59 A-2009标准推荐的DEGADIS、LNGFire3和PoFMISE模型原理,研发了适用于我国LNG工程设计的LNG蒸气扩散模型和池火热辐射模型,并对模型的准确性和可靠性进行了对比验证：与Burro实验测定值对比,所研发的LNG蒸气扩散模型计算结果相对误差为19.04％,优于原DEGADIS模型32.88%的相对误差。将池火热辐射模型与PoFMISE和LNG Fire3模型的标准结果进行了对比,结果表明：其兼具两者的优点,更趋安全可靠。据此开发的“液化天然气（LNG）站场危险性分析平台”可用于主要危险源及工艺设备的防火间距及LNG站场选址、规划和设计过程中事故后果的分析评价。     

小型移动式LNG橇装回收站防火间距探讨

目的 核实小型移动式LNG橇装回收站内集中控制室、装车区值班室与LNG设施遵循现有标准规定的防火间距是否满足生产实际要求。方法 利用挪威船级社研制的PHAST软件,选取具有代表性的泄漏工况,对LNG泄漏可能引发的池火热辐射、喷射火热辐射、蒸气云爆炸及蒸气云扩散影响距离进行模拟计算。结果 得出了LNG设施在不同泄漏孔径情况下引发不同事故后果的影响距离。结论 基于工艺管道泄漏概率统计,给出了小型移动式LNG橇装回收站内集中控制室、装车区值班室与LNG设施防火间距的建议。     

基于安全阀火灾辐射的LNG全容罐瞬态热力耦合分析

为了防止LNG全容罐温度升高、LNG沸腾气化导致罐内压力升高,常采用安全阀释放罐内气体的方法来控制压力。在LNG蒸气释放过程中,若被点燃会发生火灾,LNG全容罐在火灾产生的温度应力和LNG气压等荷载作用下,有可能开裂、坍塌导致LNG泄漏,进而造成重大的安全事故。目前国内尚无相关规范规定,而国外的标准、规范也仅给出了一般性的条款,没有具体的计算公式。为此,阐述了安全阀火灾热辐射研发的必要性;探讨和建立了LNG全容罐的传导、强制对流、火灾辐射和内部空间自辐射,以及相互耦合的复杂三维瞬态热分析有限元模型,获得了瞬态热分析各个燃烧时间点的计算结果,并给出了合理的解释;最后将热学模型转换为力学模型,施加火灾产生的温度,组合气压和自重,经计算获得了LNG全容罐在火灾燃烧时限内的最大应变。结果表明,与混凝土的极限应变对比,储罐不会发生压碎坍塌。该研究成果为后续国内规范的编制和LNG全容罐结构优化设计奠定了基础。     

LNG泄漏危害及水幕紧急处理技术

液化天然气(LNG)正在越来越大量和越来越广泛地被使用,这导致了LNG在生产、运输和使用等环节发生火灾和爆炸的潜在危险性增加。目前,喷射水幕被广泛认为是最有效且最具前景应用的控制和降低LNG泄漏蒸气云危害的技术。LNG的泄漏危害、泄漏特征、泄漏检测以及利用水幕紧急处理事故等被介绍。     

甲烷液滴在其蒸气中自然对流的换热特性

LNG液舱喷雾预冷过程中,液滴在其蒸气中自然对流蒸发换热模型计算结果与实验数据之间存在着较大的差异。为此,采用计算流体力学的方法,建立了静止饱和LNG单液滴在其蒸气中自然对流蒸发模型,据此研究不同温差下液滴的蒸发传热特性,并与低温球模型进行对比,定量分析喷雾预冷过程中"吹拂效应"对液滴自然对流蒸发换热过程的影响。研究结果表明:①随着温差的增大,液滴表面蒸气喷发速度、温度边界层厚度、液滴换热量线性均增大,努塞尔数线性减小;②随着角度的增大,液滴局部蒸气喷发速度、局部努塞尔数逐渐减小,温度边界层厚度逐渐增大;③吹拂效应的影响与蒸气喷发速度呈正比;④因为吹拂效应,同等条件下液滴的换热量和努塞尔数相比于低温球要更小,温度边界层厚度相比于低温球要更厚,并且吹拂效应的影响随着温差的增大而线性增大。结论认为,该研究成果有助于更加准确地预测LNG液舱预冷过程,对完善液滴蒸发理论模型及指导LNG液舱预冷操作都具有重要的意义。