液化天然气泄漏扩散数值模型分析

简述了常用的LNG泄漏扩散模型,分析了这些模型的优缺点及适用性,重点介绍了液化天然气泄漏扩散CFD模型公式,分析了应用大型LNG泄漏现场试验对LNG泄漏扩散CFD模型的验证数据．分析结果表明：同其他的模型相比,液化天然气泄漏扩散CFD数值模型具有更好的预测精度．     

防护堤对LNG扩散的抑制作用

除有效容积外,设置高度也是LNG储罐区防护堤设计的关键参数。采用数值模拟技术,对半地下LNG罐池,在不同防护堤高度作用下的LNG液池扩展和LNG低温蒸气扩散行为进行数值模拟,对比分析防护堤高度和罐池底面积对LNG低温蒸气扩散速度、可燃气云隔离距离和云团尺寸的影响。结果表明:增加防护堤高度可以有效减小LNG泄漏后产生的可燃气云体积、尺寸及最大扩散距离,但同时延长了可燃气云的滞留时间,增加燃爆和窒息发生的危险。对于同一种罐池,在液池充分扩展前,可燃气云最大扩散距离与罐池底面积成正比。对于LNG储罐区,可通过提升罐池的防护堤高度减小LNG扩散的安全距离。     

环境温度对LNG泄漏扩散影响的数值模拟

环境温度导致的气云密度差和大气湍流变化是LNG泄漏扩散的主要影响因素,研究环境温度变化对LNG扩散规律的影响尤为重要。采用Fluent软件中组分输运和Realizable k-ε湍流模型,建立LNG地面泄漏气云扩散数值模型,探究环境温度对LNG泄漏扩散过程中甲烷体积分数的分布规律、气云密度、大气湍流强度的影响。结果表明:当环境温度较低时,LNG气云中各甲烷体积分数线出现"锯齿状"现象,造成甲烷爆炸下限(Low Flammability Limit,LFL)、1/2 LFL的水平扩散范围均增大;当环境温度较高时,甲烷LFL最远扩散距离较低温环境多115 m,造成甲烷1/2 LFL的水平顺风方向扩散距离增大;甲烷体积分数大于1/2 LFL的区域的大气湍流强度增幅则随温度升高而增加,而甲烷体积分数小于1/2 LFL的区域的大气湍流强度增幅随温度的升高而减小;在泄漏源周围100~200 m内,由于"逆温"所造成的大气湍流强度的增幅达0.79倍。研究结果可为LNG泄漏危害区域预测、安全储运、应急救援提供参考。     

面向储罐碳排放溯源的油品蒸发及油气扩散研究进展

储罐油品蒸发及油气扩散行为会对大气环境、社会经济、罐区安全等造成不利影响.以面向储罐碳排放溯源的油气蒸发扩散研究为脉络,从理论、实验及模拟3方面归纳总结了储罐油气蒸发扩散的研究现状及研究成果:通过理论分析揭示了罐内气液相变、气相中的油气传质及气体扩散的潜在机理;通过对现场实测及风洞实验成果进行分析,发现实验研究主要集中...     

全容式LNG储罐内罐泄漏源模型

基于实际工程设计工作的需要,研究了全容式LNG储罐内罐泄漏动态过程的特点,建立了描述内罐泄漏动态过程的泄漏源模型,推导了基于泄漏孔位置的泄漏液体液位高度与泄漏持续时间关系的方程。以某16×104m3的LNG储罐为例,进行了不同泄漏工况的计算与分析,结果表明:全容式LNG储罐内罐泄漏最不利的情况是内罐底部出现破裂,此时,液体泄漏到环形空间的时间最短。     

LNG接收站试运投产中储罐冷却的相关问题

大型常压LNG储罐是LNG接收站中非常重要的单元设备,其冷却过程是LNG接收站试运投产过程中风险最大、最难控制的一个环节.详细介绍了LNG接收站试运投产过程中LNG储罐的冷却过程,冷却前提条件及注意事项.分析讨论了LNG储罐冷却过程中储罐温度变化趋势、冷却喷淋流量、冷却速率及温度监测点最大温差等技术参数之间的相互联系.指出冷却过程容易出现管道变形受阻,管道法兰连接处泄漏,冷却流量控制不均造成储罐温降不均,以及火炬系统易产生积液等问题,给出相应的解决方法.研究成果可为其他LNG接收站试运投产过程中LNG储罐的冷却提供参考.     

变截面储罐孔洞泄漏研究

以卧式储罐为例,研究了变截面储罐孔洞泄漏源模型及其数值计算方法。基于牛顿-科茨公式和辛普生积分法,采用复合求积的数值计算方法和VB软件编程技术,可计算任意泄漏时间t和泄漏高度h时的泄漏速率u和泄漏量Qm等参数。基于算例卧式轻油储罐的连续泄漏事件,运用statistical软件,绘制了h-t、Qm-t以及Qm-h关系曲线。研究成果不仅解决了传统小孔泄漏计算的局限性,而且为研究不规则储罐的泄漏过程提供了新的方法。     

大型LNG储罐预应力混凝土外墙应力分析与结构优化

大型LNG储罐的外墙一般由预应力混凝土建造,其应力分布和变形比较复杂,目前国内对这方面的研究较少。提出了储罐外墙纵向预应力筋向外最大偏移量的控制方程,以及环形压力容器最大环向应力位置的计算方法,推导出纵向预应力筋偏移后距罐内侧最大距离的控制方程和最大环向应力位置的计算方程,并根据边界条件,给出计算方程参数的方程组,在此基础上提出纵向预应力筋向外偏移、局部增设环向预应力筋的结构优化方法,并应用ADINA有限元软件,进行数值模拟。通过理论计算与数值模拟结果的对比分析,验证了理论公式推导的正确性以及结构优化方法的合理性,可为以后国内LNG储罐的自主设计与建造提供理论依据。     

大型全包容式LNG储罐冷却投用技术

大型全包容式LNG储罐是目前国内LNG接收站广泛采用的一种罐型,此类储罐为内外两层,内罐采用Ni9钢,外罐采用钢筋混凝土,中间填充保冷材料,其投用技术比较复杂,而储罐冷却技术是其投用调试过程中风险最大、最难控制的一个环节。结合大连LNG接收站3#储罐冷却的整个流程,对大型全包容式LNG储罐进行了详细的描述,并结合数据进行分析讨论。总结了大型LNG储罐的冷却投用经验,为进一步完善优化LNG储罐冷却投用技术给出了指导性建议。     

隔震LNG储罐的地震响应及经济分析

以山东青岛市董家口某16×104 m3大型LNG预应力混凝土储罐为研究对象,利用ADINA建立大型LNG储罐的有限元模型,采用夹层橡胶垫作为储罐的隔震装置,对隔震储罐进行地震响应分析,对比分析隔震前后储罐内外罐的地震响应,考虑夹层橡胶支座参数第二形状系数对储罐地震响应的影响,并对LNG储罐隔震后的经济效益进行初步分析。研究结果表明:夹层橡胶支座即隔震装置不但能够有效地控制储罐内外罐的地震响应,而且可以产生良好的经济效益,但是,夹层橡胶支座第二形状系数的改变对减震率的影响很小。研究成果对于更详细地了解隔震储罐的地震响应具有重要的工程意义,且对夹层橡胶支座的生产参数的选择和设定也具有很好的借鉴意义。     

双层罐底板结构立式储罐泄漏试验

为了克服现有立式储罐检测方法的不足,提出一种可实现泄漏在线监控的新型双层罐底板结构方案,并搭建了一套基于PLC和相应传感器的试验系统.以93#汽油、柴油、水为泄漏介质,开展泄漏试验研究,验证了系统的可靠性和灵敏性.以93#汽油为例,研究了泄漏位置及泄漏量对泄漏扩散的影响规律.结果表明:对于相同的泄漏量,罐底中心处的泄漏扩散最快,可被检测到的时间最短,而边缘处可被检测到的时间相对更长;发生在同一位置的泄漏,其被测管路中泄漏介质体积分数值随泄漏量的增大而增大.试验结果表明:该系统具有足够的可靠性及灵敏性,可直接应用于双层罐底板结构立式储罐的现场监测.     

大型LNG储罐静态日蒸发率的计算方法

大型LNG储罐通常在微正压低温条件运行,无论静态还是动态工况运行,环境热量漏入均会导致LNG闪蒸气化,造成气损,增加生产成本,并有可能造成LNG分层而发生翻滚,使罐内压力上升带来安全威胁。根据大型LNG储罐的结构特征,给出了较为简便的日蒸发率计算方法;提出了光照对储罐漏热量的影响,并给出不同条件下储罐表面温度的简便计算公式。将该计算方法应用于某16×104 m3的LNG储罐日蒸发率计算,其计算结果达到大型LNG储罐蒸发率的通用要求;运用液位差间接法对储罐实际蒸发量进行了计算,其结果与上述简便公式计算值较为一致。该简便计算方法可为LNG储罐保冷设计、施工及生产过程中的绝热性能衡量提供较为准确的分析方法和依据。     

LNG泄漏在地面上蒸发速率的计算

针对LNG泄漏在地面上潜在危险的分析,需要对其在地面上扩散和蒸发速率的变化进行准确预测。基于液体扩散的动力学模型和热传递模型,采用微分方法建立了LNG在连续性泄漏情况下液池漫延半径、蒸发速率随时间变化的预测模型,克服了现有预测模型单纯依赖一维傅里叶导热方程的局限性。根据所建立的预测模型,LNG液池蒸发速率先随时间线性增加到最大值,随后随时间的延长而降低,即与时间的平方根成反比。以5m^3圆柱形LNG储罐为例,计算得到LNG泄漏的速率为19．92kg／s,泄漏完全所需时间为69S,液池半径达到最大的时间为33S,液池半径最大值为7m,0～33S时间内LNG蒸发速率先线性达到最大值19．92kg／s,34-69s时间内液池蒸发速率与时间平方根成反比,液池厚度由2．3mm逐渐增加到6mm。     

LNG储罐翻滚模拟及临界密度差

LNG储罐翻滚会给储罐的安全运行带来极大威胁。建立了LNG储罐翻滚的物理模型和数学模型,针对目前LNG接收站常用的16×104 m3储罐,利用Fluent软件进行了不同初始密度差下储罐内LNG翻滚过程的数值模拟,得到了LNG储罐内的翻滚随初始密度差的变化规律。研究结果表明:初始密度差越大,翻滚发生得越早,翻滚越剧烈。存在临界LNG密度差,当初始密度差小于临界密度差时,储罐内相邻两层LNG的混合过程较为平稳;当初始密度差大于临界密度差时,翻滚强度明显增大。提出并定义了翻滚系数,并以其作为判断储罐内LNG翻滚强度的判据,计算得到16×104 m3储罐的临界密度差区间为2~4 kg/m3。     

LNG储罐预应力混凝土外罐应力分布与裂缝形态

LNG储罐的外罐主要是由预应力混凝土建造而成,混凝土作为一种复杂的非线性材料,其受力特点为抗压不抗拉。应用ADINA有限元软件,建立钢筋混凝土分离式模型,通过应力云图及裂缝开展图,研究LNG储罐在正常使用状态及内罐完全泄漏状态下预应力混凝土的应力分布、裂缝开展情况及破坏形态。结果表明:在正常使用状态下,外罐上下两固定端第一主应力最大;在内罐泄漏状态下,底部约1/4高度第一主应力最大,此三处为外罐最易产生裂缝的部位,破坏形态均为混凝土受拉破坏。研究结果为国内LNG储罐的自主设计与建造提供了理论依据。     

大型LNG储罐的完整性管理与解构

基于管道的完整性管理体系已经得到一定程度的发展和实践应用,而钢质储罐尤其是大型LNG储罐的完整性管理概念和相应方法尚处于探讨阶段。从对管道的完整性管理进行解构开始,通过探寻其概念起源、实用目的、技术体系与管理体系的核心,深入剖析了管道完整性管理的实质。在可迁移的基础上,从LNG储罐的基本特征出发并依据相关国际规范,尝试建立LNG全容罐完整性管理概念,提出其主要体系框架,结合一般钢质储罐的风险评价方法及国外对LNG储罐生命周期与老化的最新研究成果,提出LNG储罐的完整性评价方法,从而为我国LNG行业建立完整性管理体系提供积极借鉴,同时丰富完整性管理的内涵。     

燃气管道泄漏扩散研究进展

中国燃气管道逐渐进入事故多发阶段,燃气泄漏会增加管道运行的安全风险,严重事故甚至会导致人员伤亡.通过调研燃气管道泄漏扩散的相关研究,分别从泄漏扩散模型、数值模拟、实验研究、土壤-大气耦合4个方面论述了燃气管道泄漏扩散的国内外研究进展.探讨并指出了当前燃气管道泄漏扩散研究存在的问题:已有研究多集中于相对简单的管廊及架空管...     

LNG储罐温度场计算及影响因素分析

为了准确计算LNG储罐在不同工况下的温度场,基于ANSYS软件建立了全容式LNG储罐温度场数值计算模型,计算了稳态工况下储罐罐体的温度场分布,进而根据计算结果,对不同环境温度、液位高度、对流换热系数对储罐温度场分布的影响规律进行分析。模拟结果表明:环境温度对罐壁漏热量影响较大,环境风速对罐顶漏热量影响较大,液位高度对罐壁和罐底的漏热量有一定影响,环境风速对储罐整体漏热量影响不大,该模拟结果对全容式LNG储罐的结构设计与优化具有参考意义。     

LNG储罐内BOG动态模拟研究

LNG储罐漏热引起的BOG蒸发速率、BOG压力(罐内压力)的运行控制是LNG接收终端正常运行的关键。通过对LNG储罐内流体热响应过程的分析,建立了储罐内流体的计算模型,开展了储罐热负荷、BOG排出速率对BOG蒸发速率和压力的影响的动态模拟分析,提出了BOG蒸发和排出速率控制的建议。     

大型储罐罐底及边缘板应力分析方法的对比

储罐的大型化为石油储备建设节约了投资,但对储罐设计提出了更高要求,其中储罐罐底大脚缝处的应力最大,是整个储罐的薄弱环节.研究大型储罐罐底及边缘板应力分布规律,对确保储罐的设计安全有重要意义.对比分析了3种大型储罐罐底及边缘板应力的理论计算方法,认为弹性-刚性地基梁耦合法的计算结果更合理.将理论计算结果和ANSYS有限元数值模拟结果与实际测量结果进行比较,结果表明:两种方法的计算结果均合理可靠,而有限元数值模拟结果可为设计人员全面了解储罐的结构安全性提供参考.