LNG泄漏扩散规律的研究

作     者：史晓娟 

作者单位：山东建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张增刚

授予年度：2015年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：液化天然气（LNG） 事故分析 泄漏规律 扩散规律 预控措施 

摘      要：LNG（液化天然气）是将气态的天然气经过压缩、低温冷却后将甲烷变为液体而形成的,冷却后温度约为-162℃,储存在低温储罐中。LNG作为一种优质的清洁燃料在世界能源体系中倍受青睐,近几年,在国家相关政策的支持下,其消费市场更是供不应求,迎来了更广泛的发展前景。LNG作为一种清洁燃料,具有如下优点：首先,天然气经冷却液化后,体积与原来相比缩小600多倍,使得其运输和储存效率大大提高;其次,LNG组分较纯,杂质含量少,能够完全燃烧,且产物仅为二氧化碳和水,清洁燃料无污染,有利于保护环境;另外,LNG还可作为优质的汽车燃料,与汽油相比,其价格相对低廉,抗爆性能好,经济效益高。目前,LNG的运输方式主要有管道运输、公路运输和船舶运输三种方式。低温LNG罐车作为公路运输的主要设备,其质量安全对于减少LNG事故起着关键性的作用。LNG温度极低,且具有易燃易爆特性,运输过程中一旦发生泄漏,不仅对人员生命、财产安全造成损失,对周围环境也将造成极大破坏。因此,研究LNG的泄漏扩散规律并提出事故预控措施具有十分重要的理论指导意义和工程实用价值。本文从LNG的性质出发分析了其泄漏事故类型,利用C语言编程分别对LNG储罐泄漏和扩散两个阶段的规律进行了模拟研究,总结了其泄漏和扩散规律,并提出了LNG泄漏的预控措施,其具体工作如下：（1）以江苏如东LNG成分为例,分析了其物理性质和化学性质,讨论了LNG泄漏后的事故类型及危害,总结了国内外关于LNG泄漏的相关研究,深入分析了LNG泄漏后的气雾扩散过程,并从多角度分析总结了影响气雾扩散的因素。（2）以流体力学和热力学为理论依据,运用伯努利方程,LNG储罐孔洞泄漏的数学模型,通过C语言编程,开发了液体泄漏模拟程序,并利用控制变量法分别研究了泄漏时间、泄漏口面积、液面高差以及储罐内压力的变化对泄漏源强的影响。模拟结果表明：泄漏口面积的变化对泄漏源强的影响尤为重要;其余因素也在一定程度上影响着泄漏源强的变化,但作用不是很明显,尤其是当储罐内压力较高的情况下,泄漏源强随时间的变化微乎其微。（3）将板模型和高斯模型相结合,分别模拟了重气扩散和非重气扩散过程中物质的浓度和气云的范围在下风向距离上的变化,通过控制风速和大气稳定度,分别研究了二者的变化对起气云扩散的影响,并比较分析了其危险区域范围。模拟结果表明：风速的变化对LNG气云的扩散影响尤为重要,风速增大,则加剧了LNG蒸气的扩散,使其爆炸危险区域范围减小;大气环境越不稳定LNG气体扩散程度越剧烈,气体浓度减小的越快,危险爆炸的区域越小,但其影响不如风速的变化作用明显。（4）结合以上理论研究和数值模拟结果分析,分别从监测、建筑、防火防爆、防物理爆炸、防低温冻伤等方面提出了预防LNG泄漏的措施及事故发生后的应急救援方案。