LNG泄漏扩散模拟研究

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1、第29卷第4期NATURALGASANDOIL天然气与石油01LNG泄漏扩散模拟研究12334苑伟民袁宗明毕建伟常兴王小尚1.中国石化天然气分公司工程建设管理处，山东济南2500002.西南石油大学，四川成都6105003.中国石化天然气分公司工程技术部，北京1000114.中国石化青岛液化天然气有限公司，山东青岛266400摘要：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

2、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。关键词：LNG；泄漏；扩散；气体扩散模型；数值模拟；安全评价文献

3、标识码：A文章编号：1006-5539（2011）04-0001-050前言扩散两种形式。当液化气出现泄漏，原始气团释放形研究液化天然气（LNG）扩散的规律，计算LNG重成易燃、易爆的有毒气体与空气混合的气云。混合气气扩散的浓度并预测其影响范围是进行风险评估的云在大气中的扩散模式按照混合气体的密度等差异，基础，也是采取应急措施的依据。现场发生的管道破主要有：重气云模型、中性气云模型和羽状烟流模型。裂等事故中LNG的泄漏多属于连续性泄放，选取从常用的气体模型有高斯模型、唯象模型、箱板模型、三［1~5］描述连续性泄放过程

4、的板模型入手分析LNG的泄漏维CFD数值方法和浅层理论等。扩散过程，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，通过描述不同因素对LNG泄漏后2泄漏速率计算的各种影响，模拟LNG气云爆炸极限区域。2.1气相泄漏气体从裂口泄漏的速度与其流动状态有关，因此，［6~7］1LNG扩散模型在计算泄漏前，首先应判断泄漏气体的流动性质。当r气体扩散形成原始气团主要有喷射扩散和绝热p0/p≤［2/（r+1）］r-1（p0为环境压力，Pa；p为容器中的绝收稿日期：2011-01-08基金项目：中国石油化工股份有限公司LNG资助

5、项目（702081B0712）作者简介：苑伟民（1981-），男，河南南阳人，硕士，主要研究油气储运系统仿真与优化。天然气与石油022011年8月NATURALGASANDOIL［7］对压力，Pa；r为气体介质的绝热指数，对于液化天然气动。均匀两相流的泄漏速率可按下式计算：可取绝热指数为1.32）时，为音速流动；反之，为亚音速%Q0=C0A姨2ρ（p-pc）（5）流动。对于音速流动，气体泄漏量可用式（1）表示：式中Q0———两相流泄漏的质量速率，kg/s；r+1C0———两相流泄漏系数，一般取0.8；Mr2r-1Q=

6、C0Appr+1p%（1）p———两相混合物的压力，Pa；姨RT式中Q———泄漏速度，kg/s；pc———临界压力，可取pc=0.55p；3C0———泄漏系数，圆形取1.00，三角形取0.95，ρ——两相混合物的平均密度，kg/m。长方形取0.90；23重力扩散到被动扩散阶段的转变［9~12］A———泄漏口面积，m；M———气体分子量，kg/mol；LNG在泄漏后会产生冷而重的气体，瞬时泄漏时R———通用气体常数，8.314J/mol·K；形成重气云团，连续泄漏时形成重气云羽，气云在此T———气体温度，K。扩散过程中

7、主要体现重量沉降的径向作用，空气夹带［4~5，7］和能量交换为辅助作用。LNG气云的外形尺寸、空气对于亚音速流动，气体泄漏量可用式（2）表示：卷吸及分布起支配作用的是重力塌陷引起的湍流，大r+1Mr2r-1Q=YC0Appp%（2）气湍流起辅助作用。这个阶段的气体扩散过程可以结姨RTr+1合箱板模型进行模拟。式中的Y为气体膨胀因子，由式（3）计算：111随着空气的不断掺入，重气云羽的密度将不断减r+1p0rp0r-122r+1r-12小，环境湍流引起的扩散逐步替代重力塌陷引起的湍Y=pppr1-ppp%rrrpp%p

8、p%r（3）r-12流，最终扩散转变为环境湍流驱动扩散，此时应采用当容器内物质随泄漏而减少或压力降低时，泄漏高斯模型进行描述。速度的计算比较复杂。如果流速小或泄漏时间短，在高斯模型用来描述危险物质泄漏形成的非重气后果计算中可采用最初排放速度，否则应计算其等效云扩散行为，或重气云在重力作用消失后的远场扩散泄漏速度。行为，除了需满足箱板模型中的一般