文档介绍：第三届中国 LNG 论坛论文编号:1260304
LNG 低温储罐泄漏扩散危险性分析方法综述
张文冬张永信路江华
(中国石化青岛液化天然气有限责任公司,山东青岛,266400)
摘要:液化天然气(LNG)低温储罐泄漏可能导致喷射火、闪火、沸腾液体扩展蒸气爆炸和蒸气云爆炸等事故,国
内外学者在LNG泄漏扩散的危险性分析方面取得了一定的理论和实验研究成果。文章从数值模拟和实地物理模拟两
个方面,总结了近年来国内外学者LNG泄漏事故危险性分析尤其是泄漏扩散方面的成果。数值模拟方面,介绍了基
于不同原理泄漏扩散的数值计算模型,如三维传递模型、高斯模型、经验模型、BM模型、一维积分模型、浅层模型
等的建立及其在LNG泄漏扩散中的应用,并总结了目前广泛应用于定量风险评估的计算机软件。物理模拟试验以风
洞试验为主,本文归纳了国内外LNG泄漏试验的研究成果,作为数值模型的验证和进一步补充。通过对比分析不同
的分析研究方法在LNG储罐泄漏事故中的应用,为进一步研究提供参考,以便更加合理地进行LNG接收站安全设计。
关键词:LNG储罐;泄漏;扩散;数值模拟;试验
随着社会经济的发展,液化天然气(LNG)作为一种清洁能源越来越受到人们的普遍关注,其
在储存过程中的安全性也备受关注。液化天然气储罐一旦发生泄漏,将可能导致喷射火、闪火、沸
腾液体扩展蒸气爆炸和蒸气云爆炸等事故,会对周围的环境、人员、设备等造成极大危害。国内外
此类事故常有发生,如美国俄亥俄州发生的天然气泄漏事故造成128人死亡和难以计数的财产损失。
许多国家对LNG的相关设施制定了严格的安全标准,如美国联邦规范将LNG设备的安全归于管网安
全。国内外学者对于LNG泄漏扩散危险性分析的理论和试验研究工作已开展多年,并且得到了很多
具有实际指导意义的成果。
1. LNG泄漏模型
LNG储罐的泄漏形式包括气相泄漏、液相泄漏和两相流泄漏,不同的泄漏模式对应有不同的泄
漏模型。由于LNG储罐主要发生液相泄漏和两相流泄漏,这里只介绍这两种泄漏模式的预测模型。
液相泄漏模型
基于伯努利方程,LNG储罐液相泄漏预测模型[1]:
22
2(p − pgCA00 ) ρ
QCA=+−0 ρ 2 gh t (1)
ρ A0
Q
V = (2)
Aiρ
其中,V 是泄漏处泄漏速度,Q 为LNG泄漏的质量速率, ρ为液化气密度,h 为液面与泄口的
高度差, A 为储罐横截面积, t 泄漏时间, g 是重力加速度。
由此可见,LNG的泄漏速度除与储罐的内外压差有关外, 还与液面与泄口的高差及泄漏口面积
等有关。
两相流泄漏模型
当过热液体,发生泄漏时,会出现气液两相流动。在《建设项目环境风险评价技术导则》中[2],
给出了两相流泄漏预测模型。LNG在泄漏时,部分LNG瞬间发生汽化,这里假设液相和气相是均匀
的,且相互平衡,则均匀两相流的泄漏速率计算公式如下:
QCA00=−2(ρ ppc ) (3)
其中,Q0 -两相流泄漏的质量速率,C0 -两相流泄漏系数(), p -两相混合物的压力,
pc -临界压力,一般可取 pc = ; ρ-两相混合物的平均密度。
王洪丽等