文档介绍：第三届中国 LNG 论坛论文编号:1260303
LNG 气化站天然气泄漏扩散的数值模拟研究
司凡 1,汪锐 2,肖皖林 1,管延文 1*,刘文斌 1
(,湖北武汉 430074;,四川成都 610081)
摘要:本文利用 FLUENT 软件对 LNG 气化站内气相天然气泄漏扩散运动进行数值模拟。主要研究风速、泄漏孔径、
障碍物等因素对天然气扩散的影响。研究得知,在一定条件下,天然气扩散高度随风速增大逐渐变低且危险区域逐
渐减小;泄漏孔孔径越大,天然气喷射速度随高度衰减的趋势越缓;障碍物对天然气的扩散有一定局限作用。文中
理论数值对站场内可燃气体报警器的安装位置、站场安全防火间距等提供了可借鉴的指导意义,有利于 LNG 气化站
的建设及安全运行管理。
关键词:气相天然气;泄漏;数值模拟;安全
前言
近年来,随着国内 LNG 气化站的广泛推广与应用,对其建设与安全运行管理的要求越来越高,
准确认识不同因素对站场内天然气空间扩散的影响已成为政府及企业关注的重点。LNG 气化站有不
同的工艺区,其中 LNG 气化调压区内工艺设备和管道数量较多,当区内气相天然气管道破裂时,气
态天然气将向大气中扩散,当大气中天然气浓度达到一定范围时,就会有火灾和爆炸发生的危险性。
利用 Fluent 软件,研究不同因素对天然气泄漏扩散的影响,可用于指导站场的建设与安全运行
管理。
1 几何模型
本文共建立三种几何模型见图 1、图 2、图 3。
图 1LNG气化站几何模型图
泄漏源 2
泄漏源 1
图 2 泄漏源位置 1 几何模型图图 3 泄漏源位置 2 几何模型图
图 1 是某 LNG 气化站的三维几何模型,其尺寸为 X=,Y=25m,Z=180m。选择调压气化区内
两处泄漏源位置,坐标值分别为(,,)、(,,),对应的几何模型分别如图 2、图 3
所示。位置 1 处泄漏源泄漏时天然气扩散易受障碍物影响;位置 2 处泄漏源靠近站内道路,发生泄
漏时对通行区有一定影响。
2 泄漏量计算
管道泄漏模型主要包括小孔模型、大孔模型和管道模型 3 类[1]。小孔泄漏指孔径小于 20mm 的
孔泄漏或断裂,大孔泄漏指孔径为 20-80mm 的孔泄漏,管道横截面完全断裂的泄漏模型为管道泄漏
模型,管道气体泄漏示意图如图 4 所示[2]。
输气起点泄漏点大气环境
3 P3,T3,µ3 Pa,Ta,µa
12P1,T1,µ1 P2,T2,µ2
图 4 管道气体泄漏示意图
当泄漏孔径 d/D≤20%时具有相对准确的模拟结果。本文气相天然气管道内径 309mm,选取三
种不同大小的泄漏孔:20mm、40mm、60mm,类属于两种泄漏模型:小孔泄漏模型、大孔泄漏模型。
泄漏量计算涉及的相关公式如以下章节中公式(1)、公式(2)所示[3]。
小孔泄漏率计算
k
k −1
Pa ⎛⎞2
当< ⎜⎟时,气体流动为临界流,起始最大泄漏率计算公式为:
Pk2 ⎝⎠+1
k +1
Mk ⎛⎞2 k −1
QCAP= Dor2 ⎜⎟(1)
ZRT2 ⎝⎠ k