泡沫对LNG蒸气外逸率平均值与标准差的影响

为深入揭示高倍泡沫抑制液化天然气(LNG)蒸气外逸机制,通过HYSYS计算和试验,首次证明泡沫施加在LNG液池上有天然气水合物(NGH)生成,田口分析量化得到不同阶段泡沫性能、LNG液池泄漏量、泡沫覆盖高度对LNG蒸气外逸率平均值与标准差的影响过程。结果表明:加泡初期,泡沫性能对蒸气外逸率平均值与标准差影响大,可使标准差大于0. 2 kg/min,稳定性高的泡沫降低平均值与标准差,发泡倍数大的泡沫降低平均值增大标准差,发泡倍数对标准差的影响强于稳定性;蒸气外逸率均值不随泄漏量单调变化;停加泡沫后,泡沫覆盖高度的影响逐渐增强,初期蒸气外逸率平均值随稳定性增大、发泡倍数减小而增加;标准差随泄漏量、泡沫高度单调变化。     

高倍泡沫加速泄漏LNG扩散的有效性模拟试验

泡沫灭火剂在扑灭液体火灾中起到重要作用,关于低温液体蒸气云扩散控制的研究也逐渐得到应用。通过小尺寸模拟试验验证高倍泡沫加速泄漏LNG扩散的有效性,设计并进行了低温液体自然蒸发和高倍泡沫覆盖低温液体两个对照试验,测量了竖直方向上10个高度处的温度及装置整体质量,从而获取了低温液体蒸气到达泡沫层顶端时温度及蒸发速率的变化情况。结果表明,与未添加泡沫的情况对比,高倍泡沫的覆盖使泄漏低温液体在1 800 s内的蒸发量减少了6.4%,如果时间更长则减少的比例更多,且蒸发出的低温液体穿过泡沫层后蒸气温度可达0℃左右,而未添加泡沫时同等高度处蒸气温度为-75℃左右。0℃时,LNG蒸气密度已明显小于空气密度,此温度下LNG蒸气会迅速向上扩散,而不至在地表积聚,由此证明高倍泡沫能够加速泄漏低温液体蒸气向上扩散,减小了低温液体蒸气在地面积聚并引发火灾爆炸事故的可能性,从而证实了高倍泡沫加速泄漏LNG扩散的有效性。     

LNG槽罐车泄漏-燃烧耦合演化特性分析

为分析液化天然气(LNG)槽罐车泄漏燃料着火造成的"泄漏—燃烧—热反馈—槽罐内升温升压—强化泄漏"事故链演化过程,基于我国典型槽罐车工况,构建泄漏-燃烧耦合发展模型,研究泄漏相态、储罐充装率和泄漏孔径对该类泄漏事故演化过程的影响特性。结果表明:液相泄漏时,泄漏速率与燃烧反馈热流之间往往出现正反馈演变,造成LNG储罐内压强突然急剧升高爆炸;低充装率储罐在泄漏初期危险性较高,而高充装率可达储罐峰值压强更大;在一定孔径范围和充装率条件下,储罐内可达峰值压强随孔径的增大而呈减小趋势。     

LNG储罐泄漏火灾爆炸事故后果定量分析

分析了目前用于定量预测LNG储罐泄漏火灾爆炸事故后果的三种主要计算模型,并基于ALO-HA软件对LNG储罐泄漏导致的火灾爆炸事故后果进行了定量评估,深入分析了风速、泄漏部位对LNG储罐泄漏事故的影响.结果表明:①在蒸汽云爆炸模型条件下,可燃区域和爆炸冲击波伤害区域随风速的增大先增大后减小,风速为7 m/s时达到最大值;随泄漏点与储罐底部距离的增大而减小;②在池火模型条件下,热辐射伤害区域随风速的增大先增大后减小,风速为10 m/s时达到最大值;随泄漏点与储罐底部距离的增大而减小;风速使该区域向下风向方向偏移,且偏移程度随风速增加而增加;③在沸腾液体扩展蒸气云爆炸模型条件下,风速和泄漏源位置变化对热辐射伤害区域形状和面积定量计算结果没有影响.     

风速对LNG泄漏扩散过程影响的数值模拟

为研究环境风速对液化天然气(LNG)泄漏扩散过程的影响,采用Fluent建立LNG连续泄漏计算流体力学模型,开展不同风速下LNG泄漏扩散过程的数值模拟研究。结果表明,LNG泄漏扩散分为扩散初期、扩散中期、扩散后期3个阶段,扩散过程中LNG从低温重气逐渐转变成轻质气体。环境风速对气云的扩散主要体现在:低于5级风时,云团以两侧卷吸为主,气云表现为"叶状分叉"、中间低两端高,此时气云横风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而增大;而高于5级风时,云团以顶部卷吸为主,气云表现为云团坍塌、中间高两端低,此时气云垂直风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而减小。初步建立了LNG蒸气云爆炸风险范围与冻伤区域和泄漏时间、环境风速的函数关系,可为爆炸风险区域和低温冻伤区域的预测提供理论支撑。     

基于CFD的半封闭空间内LNG泄漏后果研究

为定量分析半封闭空间内液化天然气（LNG）泄漏后果,利用计算流体力学（CFD）软件FLUENT,对不同条件下的“冷箱”内LNG泄漏后扩散与爆炸过程进行了模拟。结果表明:无论通风与否,危险区域（甲烷体积分数为5%~15%）一直存在,但通风时该区域比无通风时小; LNG泄漏后会导致箱内温度降低,且泄漏量越大温度下降越低,但通风在一定程度上能减小温降; 当危险区域最大时,发生爆炸产生的超压最大,对于泄漏量小的情况,通风能减小爆炸压力; 障碍物的存在会增大爆炸压力,研究中的最大爆炸超压为158 kPa,可对设备与人员造成严重危害,故在设计“冷箱”时须提出相应的强度要求。研究方法与结果对于与“冷箱”类似的受限空间安全设计与风险评估有指导意义。     

LNG储罐泄漏危险性计算及影响因素分析

针对LNG储罐泄漏气体扩散模拟分析过程中存在计算和分析过程复杂的问题,选取适当的气体扩散模型,对危险气体的扩散进行模拟和分析,绘制蒸汽扩散UFL(爆炸上限)、LFL(爆炸下限)、1/2LFL浓度等值线图,实现蒸汽扩散伤害分区的准确划分,提高了计算速率和精确度。并利用程序模拟分析了风速、地表粗糙度、泄漏速率等因素对LNG泄漏气体扩散影响。研究结果表明,当风速方向和泄漏源泄漏方向相同时,蒸汽扩散距离和危害范围随风速增大呈减小趋势;蒸汽在下风向扩散距离随着地表粗糙度的增大而减小;扩散距离和危害范围随泄漏速率的增大而增大。     

改进的蒸气云爆炸模型在LNG储罐爆炸模拟中的应用

针对TNT当量法在LNG储罐蒸气云爆炸模拟中的应用进行了改进,考虑并分析了使用传统TNT模型时所忽略的LNG液池蒸发过程,通过建立LNG与地面的传热模型得出了LNG液池蒸发速率随时间变化的关系,液池的蒸发速率在最初随时间的增长较快,在增至最大值后与时间的平方根成反比逐渐减小。以3万m~3 LNG储罐连续泄漏20 min为例,根据蒸发速率与时间的关系算出了蒸气云团中的燃料量,再结合蒸气云爆炸模型利用Matlab软件进行了事故后果模拟计算,得出发生蒸气云爆炸时的死亡半径为36.629 5 m,重伤半径为83.557 6 m,轻伤半径124.725 m,财产损失半径为109.017 9 m。相较于无蒸发过程的传统模型,此计算结果更加具有参考意义。     

常规泡沫抑制下氨水自然蒸发的模拟试验研究

为探究常规泡沫抑制氨水(NH₃·H₂O)自然蒸发的影响规律,通过小型泡沫抑制氨水蒸发试验,分析在泡沫液和覆盖高度不同条件下氨水的质量变化以及抑制效果,并极差量化分析得到不同阶段下氨水量、泡沫液种类和泡沫覆盖高度对氨水中NH₃逃逸影响规律和程度。结果表明：泡沫抑制氨水蒸发效率与泡沫膨胀比和覆盖高度呈正比;泡沫覆盖能显著影响NH₃逃逸过程;NH₃逃逸初期,氨水量影响最显著,逃逸中、末期泡沫液种类和覆盖高度的影响超过氨水量。针对其抑制规律提出了泡沫覆盖优化方案,即全过程使用泡沫膨胀比更高的泡沫液B,初始泡沫覆盖高度选择40 mm,二次添加泡沫时间选择30 min,将泡沫加至60 mm。研究结果可发现常规泡沫抑制氨水自然蒸发规律,并为实际泡沫应用提供数据支持和指导。     

液氨储罐连续泄漏事故后果的影响因素分析

液氨储罐连续泄漏会产生喷射火、闪火、蒸气云爆炸和中毒事故,利用DNV PHAST软件模拟分析了风速、大气稳定度和储存温度对事故后果的影响。结果表明,随着风速不断增大,喷射火、闪火和蒸气云爆炸后果逐渐减小,单纯大气扩散情况下,毒性后果随风速的增大而减小;大气稳定度对喷射火后果没有影响,闪火和蒸气云爆炸后果随大气稳定度增加有增大的趋势,毒性后果随大气稳定度增加而增大;随着储存温度升高,泄漏质量流率增加,喷射火、闪火、蒸气云爆炸和毒性后果逐渐增大。     

超临界二氧化碳泄漏减压模型构建及泄漏量分析

为了解决超临界二氧化碳管道泄漏风险评估问题,基于工业规模超临界二氧化碳小孔泄漏试验结果,提出分别构建超临界泄漏阶段、气液两相泄漏阶段、气相泄漏阶段的理论模型,并通过确定各阶段的传递参数,实现二氧化碳减压过程的理论建模。采用MATLAB软件编制了模型求解程序。通过试验数据验证了理论模型的可靠性。基于理论模型计算结果定量探讨了初始压力、初始温度和泄漏口径对泄漏减压过程压力及质量流量的影响。结果表明：初始压力在8～9.5 MPa变化时,对减压过程压力及泄漏质量流量影响较小;初始温度在33～39℃变化时,压力降至临界值的时间逐渐增加;泄漏口径减小,压降时间显著变长;在泄漏减压初期,泄漏质量流量均出现波动,随后随压力降低而逐渐降低。构建的理论模型能够实现超临界二氧化碳泄漏质量流量预测。     

道化学安全评价法在LNG储罐安全评价中的应用研究

液化天然气(LNG)做为清洁能源近年来在我国得到广泛应用,随着LNG加气站建设规模日益扩大,发展合理的安全评价方法对LNG加气站选址与安全评估具有重要的现实意义。为此,首先利用计算流体力学(CFD)方法研究了围堰尺寸与风速对LNG泄漏扩散的影响规律,在此基础上对道化学评价方法进行改进,并利用改进后的模型对立式LNG储罐进行了分析。研究结果表明:储罐泄漏扩散的范围随着围堰尺寸的增大而增大,随着风速的增大而减小,这种变化规律在进行评价时应充分予以考虑;通过规定围堰尺寸补偿系数C_k与风速补偿系数C_c,改进道化学评价方法,使其在LNG储罐安全评级的应用中更准确灵活。     

天然气瞬时泄漏扩散规律及其影响因素研究

为分析和预测天然气泄漏的扩散距离、扩散面积及扩散后的不动火区域,有效控制事故发生及降低事故后果,以某天然气储罐为例,对天然气瞬时泄漏的扩散规律进行了数值仿真。首先,确定适用于轻气的高斯烟团模型;然后,基于高斯烟团模型进行仿真分析,绘制天然气瞬时泄漏扩散的等质量浓度曲线和动火燃爆区域;第三,分析泄漏量、大气稳定度、地表粗糙度等因素对天然气扩散的影响,并分别确定不同条件下的动火燃爆区域;最后,基于数值仿真分析结果,提出天然气泄漏后的应急疏散和救护措施。结果表明:天然气扩散距离和面积随泄漏量增大而增大;大气越稳定,扩散的距离和范围越大;扩散距离随地面粗糙度增大而减小。     

加注趸船液化天然气储罐泄漏动态仿真分析

为分析加注趸船液化天然气(LNG)储罐连续泄漏各参量的变化规律并获取泄漏强度的准确数据,建立了LNG储罐初始泄漏强度计算模型,提出了一种基于微分迭代思想的加压LNG储罐液相空间连续泄漏的动态计算方法,并对长江干线上某型加注趸船储罐的泄漏过程进行仿真计算,探究了各参量和泄漏强度的变化规律。结果表明,在泄漏口面积和高度相同的情况下,随液体体积的减少,两相混合物中的蒸汽质量分数逐渐下降;在储存压力和泄漏高度相同的情况下,泄漏口面积越大,泄漏质量流率的初始值越大,泄漏时间越短,压力和液面高度下的降速率越快;在储存压力和泄漏口面积相同的情况下,储罐内部液面距泄漏口的高度越大,质量流率的变化越快,泄漏时间越长。     

水面LNG液池扩展模型的分析与对比研究

为了评价在开阔水面上的液化天然气（LNG）火灾和蒸气云爆炸灾害后果,分析了LNG水面扩展动态过程;对比分析了Fay模型、FERC模型和计算流体力学软件FLACS的计算结果,探讨了LNG液池面积随时间的动态变化过程,分析了泄漏量、泄漏速率等参数对LNG液池扩展半径的影响;根据液池扩展模型的计算结果,确定了LNG液池的最大面积,并以此分析了LNG流淌火灾的辐射危害。研究结果表明:对于相同的泄漏条件,3种方法模拟的泄漏LNG水面扩展动态过程相似,一般情况下,FLACS模型,FERC模型和Fay模型所计算的最大液池半径依次增大;由于FERC模型与FLACS软件的模拟结果接近且偏于保守,故此在一般的工程应用时,采用FERC模型即可方便快捷地获得较为准确的结果。     

水幕稀释罐区LNG泄漏扩散试验与模拟研究

为缓解液化天然气(LNG)泄漏事故后果,利用有色发烟剂模拟LNG泄漏扩散行为,研究水幕的关键参数,包括安装位置、安装高度等对罐区LNG泄漏云团稀释效果的影响,并采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT验证试验结果。模拟结果与试验结果基本吻合,表明有色发烟剂试验能够定性模拟罐区LNG泄漏扩散及水幕稀释云团效果。水幕安装在储罐与泄漏源中间,并且安装高度高于云团2倍以上,能够有效稀释LNG云团,保护储罐安全。水幕稀释云团的主要物理机制是液滴与空气间动量交换抬升云团高度,形成的旋涡卷吸空气进入云团内部,加速云团稀释。     

厂内液氨钢瓶泄漏对应急集合点影响研究

为防止液氨泄漏时造成严重影响,以上海某公司液氨泄漏事故为例,利用Aloha软件对液氨钢瓶在不同风速、泄漏孔径和质量条件下泄漏的扩散范围及规律进行模拟分析,找出厂内应急集合点安全的临界条件和最危险情况下新的应急集合点。结果表明,泄漏扩散面积随着风速的增大先减小后逐渐趋于定值;随着钢瓶内液氨储量的增多而持续增大;随着泄漏孔径的增大而增大后逐渐趋于定值;应急集合点只有在风速小于1 m/s时才会受到影响,在最危险情况下,新应急集合点应设在原来应急集合点的北侧105 m。     

液化石油气BLEVE事故研究

为了减小液化石油气沸腾液体扩展蒸汽云爆炸事故后果,采用ALOHA软件对液化石油气储罐泄漏事故进行研究,基于液化石油气泄漏量、空气湿度、风速、储存温度等爆炸事故后果影响因素进行数值模拟。研究结果表明:液化石油气泄漏量越大,沸腾液体扩展蒸汽云爆炸事故产生的火球直径越大,燃烧时间或热辐射时间越长,且造成的危害范围越大,事故后果越严重;随着空气湿度增加,事故影响的范围逐渐减小,事故后果相对减小;随着液化石油气储存温度增加,事故影响范围逐渐减小;风速对于事故影响范围无影响;空气湿度、储存温度及风速对火球直径及火球燃烧时间无影响。     

LNG储罐泄漏危险性影响因素分析

LNG(液化天然气)泄漏后产生大量的蒸汽,蒸汽的扩散受液池尺寸、泄漏区域地面类型、环境条件的影响,为了研究以上因素对LNG蒸汽扩散的影响,以方便采取事故预防措施,采用ALOHA软件对以上因素影响甲烷UFL(爆炸上限)、LFL(爆炸下限)、1/2LFL在下风向扩散的最远距离进行了定量分析,划分了可能发生火灾或者爆炸的危险区域,得出LNG泄漏到水面、混凝土地面、湿沙层、干沙层上危险性依次降低。选取水面温度分别为5℃、10℃、15℃、25℃,围堰尺寸分别为400 m2、600 m2、800 m2、1 000 m2,环境温度分别为-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃时,对下风向甲烷体积分数分布进行定量分析,结果表明,甲烷UFL、LFL、12LFL扩散最远距离随水面温度、围堰尺寸、环境温度增加而逐渐增大。     

过热液体储罐泄漏闪蒸射流行为特性试验研究

为了研究高温高压过热液体在意外情况下发生的两相泄漏问题,基于两相泄漏试验平台,采用高速摄影仪和粒子动态分析仪(PDA),分析不同储存条件(储存压力、过热度)和泄漏条件(泄漏口尺寸)下,过热液体储罐泄漏过程中闪蒸射流行为特性。结果表明:闪蒸射流喷射角在泄漏过程中先逐渐增大,然后保持稳定,当罐内过热液体即将完全泄漏时,喷射角将发生突扩,随后迅速减小直至泄漏结束;泄漏过程中,闪蒸射流液滴三维速度随储存压力、过热度及泄漏口尺寸的增大而增大;过热度和泄漏口尺寸越大,液滴粒径越小,液滴粒径随着储存压力增大而增大。