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液化天然气储罐泄漏扩散模拟研究

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：白冰郭舰

[导读] 摘要：ＬＮＧ储罐是储气站的主要储存容器，ＬＮＧ的储存方式为低压、低温储存，在ＬＮＧ液化生产的过程中不可避免地混入Ｈ２Ｏ，Ｈ２Ｓ，ＨＣｌ等气体，在露点温度下腐蚀性气体溶于水形成酸性腐蚀环境，对罐体产生腐蚀作用。

        浙江杭嘉鑫清洁能源有限公司浙江嘉兴 314000
        摘要：ＬＮＧ储罐是储气站的主要储存容器，ＬＮＧ的储存方式为低压、低温储存，在ＬＮＧ液化生产的过程中不可避免地混入Ｈ２Ｏ，Ｈ２Ｓ，ＨＣｌ等气体，在露点温度下腐蚀性气体溶于水形成酸性腐蚀环境，对罐体产生腐蚀作用。一旦发生泄漏，根据泄漏形式的不同，会形成蒸气云爆炸、池火灾、喷射火、闪火等爆炸燃烧形式，容易引发大面积火灾，导致人员低温冻伤或窒息死亡。目前，国外对ＬＮＧ，液化石油气（ＬＰＧ），压缩天然气（ＣＮＧ）储罐的泄漏扩散后果研究较多，数据库也较为健全；国内针对ＬＮＧ的研究起步较晚，ＬＮＧ泄漏的研究成果较少。本文主要分析液化天然气储罐泄漏扩散模拟研究
        关键词：液化天然气；泄漏；气体扩散；闪燃；喷射火
        引言
        随着西气东输、中亚天然气管道、中缅天然气管道和川气东送等工程的实施，中国天然气在石化能源中的消费比例不断增加。液化天然气（ＬＮＧ）储气站作为管道沿线的重要组成，在储运调峰、燃气发电、空气分离、冷能利用、海水淡化等方面均有应用，是目前最为重要的清洁能源之一。
        1、基础参数
        以某燃气集团公司下属某储气站的ＬＮＧ储罐为例，ＬＮＧ主要成分为甲烷，质量分数９８％，设计压力为１.２５ＭＰａ，储存温度为-１６２℃，储罐容积１０００ｍ３，充装系数０.８５。采用ＤＮＶＰｈａｓｔ软件中的ＵＤＭ模型模拟气体扩散情况，ＵＤＭ模型由Ｗｏｏｄｗａｒｄ等开发，建立在ＢＭ，高斯，ＰＧ等模型的基础上，可以模拟不同工况下ＬＮＧ的泄漏扩散后果。根据ＡＰＩＲＰ５８１—２００８《基于风险的检验》中关于储罐通用失效概率的划分，选取５０ｍｍ，１００ｍｍ和１５０ｍｍ三种泄漏孔径，泄漏系数０.６，泄漏点离地高度为１ｍ，释放方向为水平。假定泄漏发生后站内操作和消防人员在１０ｍｉｎ之内赶到事故现场来处理，泄漏持续时间定为１０ｍｉｎ。ＬＮＧ的爆炸上限ＵＥＬ为１５％，下限ＬＥＬ为５％，５０％的ＬＥＬ为２.５％，根据ＡＰＩＲＰ５８１中关于事故评定的要求，在有通风条件的建筑内，气体扩散的浓度不得超过ＬＥＬ的５０％。此外，气体扩散的程度与大气稳定度、风速、相对湿度、大气温度等关系较大，根据ＰａｓｑｕｉｌｌＧｉｆｆｏｒｄ扩散模型对大气稳定度的划分，结合当地气象局提供的全年气象资料，将泄漏工况定为夏季和冬季两种，夏季风速为２.５ｍ／ｓ，大气稳定度Ｄ；冬季风速为４ｍ／ｓ，大气稳定度为Ｃ。
        2、ＬＮＧ泄漏结果与分析
        2.1 喷射火危害分析
        ＬＮＧ从泄漏处呈喷射状喷出，如被点燃将形成喷射火危害，喷射火危害的主要形式为热辐射强度Ｍ和超压。以三种泄漏孔径在夏季的工况为例，Ｍ呈抛物线趋势：当泄漏孔径为５０ｍｍ时，在距离泄漏点７.４ｍ处，Ｍ最大为５６.２ｋＷ／ｍ２，辐射最远距离１５.１ｍ；当泄漏孔径为１００ｍｍ时，在距离泄漏点１３.７ｍ处，Ｍ最大为６５.２ｋＷ／ｍ２，辐射最远距离２８.１ｍ；当泄漏孔径为１５０ｍｍ时，在距离泄漏点３６.１ｍ处，Ｍ最大为８５.１ｋＷ／ｍ２，辐射最远距离７３.８ｍ。针对热辐射对人员和设备造成的伤害，提出以下标准和防护措施：当允许热辐射强度Ｍ１为１.５８ｋＷ／ｍ２时，操作人员可以长期停留在任何区域，长时间辐射无不适感；当Ｍ１为４.７３ｋＷ／ｍ２时，操作人员需要穿着合适的防护服，在发生泄漏时可以停留１～１０ｍｉｎ，但辐射２０ｓ以上会感到疼痛；当Ｍ１为６.３１ｋＷ／ｍ２时，操作人员需要穿着合适的防护服，在发生泄漏时可以停留不超过１ｍｉｎ，辐射１０ｓ以上会造成１度烧伤，辐射１ｍｉｎ会造成全身１％烧伤；当Ｍ１为９.４６ｋＷ／ｍ２时，操作人员需要穿着合适的防护服，暴露时间不超过几秒钟，必须在短时间内立即撤离。当泄漏气体接触到火源后发生爆炸，爆炸超压对人和设备均会造成重大损失，在该模拟泄漏孔径为１５０ｍｍ时，夏季和冬季的爆炸超压情况。

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        3、结果及分析
        3.1泄漏气体扩散情况
        蒸汽云的扩散是一个复杂的问题，取决于现场条件和泄漏情况。观察风中各种泄漏。在1.5米(1.5米)的烧蚀高度处，气体扩散。利用2s时，轴呈抛物线状，即第一次发生泄漏时，地面会下降，形状会散射，在地面上形成大型厚度的空气层，并产生褶皱形状。云的侧面面积增大，气体内部扩散的漩涡导致气体在两侧积聚，云的中间部分变薄。22秒泄漏时，地面扩散的气体已经超过100米，云层更加均匀，即横向扩散的能量较少，几乎达到50米以上的最大扩散率。当最大泄漏量为3m时，撞击后的距离为2sca。10m，达到4s后，地面气体密度较大，浓度从下到上呈低到高的模式。燃气管路较短，气体聚集在中间，产生一个强云，随着时间的推移，在扩散范围内通常纵向扩散，在扩散到14s时已经是100米。
        3.2温度波动及其对分布速度的影响
        风速为2m/s时，烧蚀高度为1.5m，观察温度和速度矢量的变化。泄漏附近气体的温度介乎-44.3℃至-33.4℃之间，表明泄漏后低层天然气的温度急剧上升。气体泄漏在地面泄漏的前5-10 m处开始下降，是在大约温度下累积负浮点值的阶段。因此，速度分量在负y方向上逐渐向地面移动，而负y轴在x轴上距离15米处逐渐消失，气体向上扩散。
        3.3泄漏下风口直线路径上最高CH4浓度
        为明确下风向直线路径上泄漏气体的精确浓度值及变化规律，在泄漏中心y=0，高度为人体站立时接触有害气体最危险高度z=1.5m处，分别设置x=10、20、30、40、50、60、80、100m共8个浓度测点，观察不同泄漏口高度条件下，100m范围内气体浓度变化规律。泄漏高度为1.5m，各处最高CH4浓度变化为轻风时泄漏气体浓度随时间呈现先增加后减小再稳定的变化趋势。便携式可燃气体检测仪一般报警点浓度为1/4LEL(LEL为可燃气体的爆炸下限)，即达到报警点的甲烷气体体积分数为1.25%。10m范围内能达到1.0%～1.25%之间的稳定CH4浓度，接近1/4LEL；20～50m内产生的最大CH4体积分数值范围在0～0.5%之间；而60～100m范围内，CH4体积分数低至0，说明低风速条件下，危险性较小。微风时，气体浓度呈先增加后稳定的趋势，x=10m处CH4体积分数高达7.5%，超过1/4LEL，并处于爆炸极限浓度范围内。泄漏气体在16s后以最高体积分数1%扩散到半径为100m的范围之外，相较于上文轻风条件下，风速增大则扩散半径增大，扩散路径上的最高CH4体积分数增大，危险性增大。
        结束语
        建立了一个集中的实时数据库（ＲＴＤＢ）系统，通过与石化生产装置、罐区、电厂等ＤＣＳ，ＰＬＣ等的集成，实现生产过程实时监控、报警、运行参数分析等功能，为企业的生产调度以及生产决策带来了便利，提高了企业的工作效率，必将给企业创造出巨大的经济效益和社会效益。
        参考文献：
        [1]宋海贞.LNG能源在国家能源结构中的发展趋势及积极影响[J].现代商业，2018(16):174-175.
        [2]叶年年，徐景德，杨庚宇，等.高压天然气管道泄漏扩散的孔口特征研究[J].石化技术，2019，26(11):39-41.
        [3]黄琴，蒋军成.液化天然气泄漏扩散实验的CFD模拟验证[J].工业安全与环保，2018(1):21-24.
        [4]陈国华，成松柏.LNG泄漏事故后果模拟与定量风险评估[J].天然气工业，2017(6):133-135.
        [5]李新宏，朱红卫，陈国明，等.海底管道泄漏油气扩散规律数值仿真与对比分析[J].安全与环境学报，2017，17(2):608-614.