液化天然氣港口轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)泄漏逸散機(jī)理與演變研究.pdf

1、能源是世界發(fā)展的重要資源，環(huán)境是人類生存的基本條件，能源與環(huán)境問題是當(dāng)今人類面臨的世界性難題，解決該難題，既要開發(fā)新型能源，又要保護(hù)環(huán)境免受污染。LNG是清潔高效的能源，擁有豐富的來源，合理開發(fā)和利用LNG是人類解決未來環(huán)境與能源問題的重要途徑，受到國內(nèi)外的高度重視。我國是LNG利用大國，大量的LNG通過船舶從國外進(jìn)口，由港口通過管線轉(zhuǎn)輸至儲罐進(jìn)行儲存。LNG在轉(zhuǎn)儲過程中會面臨著火災(zāi)、爆炸、熱力學(xué)毀壞、快速相變、低溫破壞、窒息等危害，危

2、害的發(fā)生會嚴(yán)重影響生命和財(cái)產(chǎn)的安全。
　　文中研究對象為到港LNG船舶、LNG傳輸管線和LNG儲罐所構(gòu)成的LNG轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)。鑒于LNG轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)的危險性，文中在國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，對LNG船舶、儲罐、管線的泄漏逸散機(jī)理、LNG液池的形成、演變、蒸氣云的擴(kuò)散進(jìn)行了研究，具體研究內(nèi)容與結(jié)論如下：
　?。?）將液化天然氣的港口轉(zhuǎn)運(yùn)及儲存作為一個完整的系統(tǒng)，對船舶在碼頭裝卸區(qū)LNG的泄漏原因、初始泄漏率模型、泄漏口的位置及其他影響因

3、素等問題進(jìn)行了研究。發(fā)展了LNG轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)泄漏逸散的初始泄漏率模型，根據(jù)泄漏口與水線面的位置關(guān)系，將LNG船舶的泄漏逸散分為水線面以上、水線面和水線面以下三種情況，以一艘雙層船殼的薄膜型LNG船舶為實(shí)例，對三種情況下的泄漏逸散分別進(jìn)行了計(jì)算和預(yù)測。所發(fā)展的初始泄漏率模型具有一定的適應(yīng)性；對于雙層船殼的薄膜型LNG船舶，當(dāng)泄漏口位于水面以下時，無論船舶僅外殼單層穿刺還是外殼和儲罐雙層穿刺，最終都會達(dá)到一種平衡狀態(tài)。
　?。?）對LNG

4、罐區(qū)和管線的泄漏風(fēng)險、LNG管線泄漏蒸發(fā)率、罐內(nèi)翻滾現(xiàn)象進(jìn)行了研究。研究了LNG儲罐的翻滾現(xiàn)象，給出了消除分層和翻滾的措施，通過分開儲存或內(nèi)部攪拌充注方式，使LNG儲罐內(nèi)的密度差和溫度差減小為零，可以防止LNG分層與翻滾。建立了LNG管線泄漏蒸發(fā)率模型，以LNG通過管線轉(zhuǎn)到儲罐的過程中管線發(fā)生完全破裂為例，對泄漏蒸發(fā)率進(jìn)行了理論預(yù)測。研究了在LNG泄漏逸散的過程中能量的傳遞和不同地面基質(zhì)的傳熱，在考慮了不同地面基質(zhì)的熱力學(xué)特性后所建立的

5、LNG蒸發(fā)率模型能夠較好的反應(yīng)LNG的蒸發(fā)。
　　（3）對泄漏中液池的演變過程、演變模型、液池蒸發(fā)、熱通量變化規(guī)律、池火等進(jìn)行了研究。LNG轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)出現(xiàn)裂口形成射流，液體射流會分裂成霧狀小液滴，小液滴在下落過程中將會部分蒸發(fā)或者全部蒸發(fā)。當(dāng)LNG射流量較大時，將會形成液池，當(dāng)LNG液池的厚度超出維持穩(wěn)定的最小值時，穩(wěn)定性將會被打破，LNG液池不斷地?cái)U(kuò)展和蒸發(fā)，直至液池的半徑達(dá)到最大值。隨著蒸發(fā)率的增加，沸騰氣泡的密度也隨著增加，當(dāng)

6、液體和蒸氣的相互作用阻止了流體向過熱表面的接觸導(dǎo)致溫度足夠高時，核沸騰將會停止，隨著過熱溫度的繼續(xù)增加，沸騰變得相對穩(wěn)定，逐漸成為過渡沸騰。當(dāng)熱通量達(dá)到最小值時，過渡沸騰轉(zhuǎn)變?yōu)楸∧し序v。泄漏之初液體的沸騰溫度幾乎沒有變化，液池蒸發(fā)的后期，蒸氣的組分幾乎不變，但是液體的沸騰溫度劇烈升高。對于大型LNG液池的燃燒，建立了池火的簡化模型，能較好的反應(yīng)火焰的特點(diǎn)和在不同風(fēng)向時火焰的發(fā)展趨勢。
　?。?）對LNG泄漏后蒸氣云的擴(kuò)散過程、影響

7、因素、擴(kuò)散距離模型進(jìn)行研究。由于風(fēng)的存在，將使煙羽向下風(fēng)向擴(kuò)展。在煙羽和攜帶的空氣之間存在一種平衡，煙羽向下風(fēng)向擴(kuò)展，密度快速降低，而其攜帶的空氣將阻止這一現(xiàn)象的快速發(fā)生，使擴(kuò)展以及密度的快速降低得到平衡。在考慮了風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度、地面粗糙度、障礙物以及重氣屬性等因素后所建立的LNG蒸氣云擴(kuò)散在下風(fēng)向的最大距離的數(shù)學(xué)模型具有良好的適用性。
　　（5）對LNG轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)的事故預(yù)防及應(yīng)急響應(yīng)措施進(jìn)行了研究。研究LNG轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)的泄漏逸散機(jī)