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.     

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。     

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。     

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。     

温降速率对LNG储罐预冷影响的数值模拟

LNG储罐在投产前需要进行调试,其中LNG储罐预冷是最重要的环节。采用MATLAB软件,建立16×104 m3地上全容式常压LNG储罐预冷模型,研究预冷过程中LNG喷淋量、BOG排放量、储罐压力、LNG气化率及温降速率的变化规律对LNG储罐预冷的影响。研究结果表明:在恒定温降速率下,LNG喷淋流量逐渐增加、BOG排放流量及储罐压力先增后减、LNG气化率仅在预冷后期逐渐降低;随着温降速率增大,LNG喷淋流量、BOG排放流量及罐内压力均增加,但LNG喷淋总量及BOG排放总量减小,LNG气化率仅在预冷后期随温降速率增大而增大;在温降速率超过3 K/h后,对LNG储罐预冷影响较小;在对LNG储罐进行预冷分析时,太阳辐射的影响不可忽略。为了保障LNG储罐投产工作的顺利开展,建议在预冷前期,将温降速度控制在1 K/h之内;在预冷后期,为提高LNG冷量利用率,应增大温降速率,将平均温降速率控制在2～3 K/h。经过实例验证,LNG储罐预冷模型模拟误差均小于10%,可以满足工程应用要求,对于LNG储罐实际预冷过程、预冷方案设计及预冷参数优化具有参考意义。(图2,表2,参20)     

油库罐区危险化学品的泄漏扩散实验

危险化学品在储运过程中发生泄漏扩散后会引起中毒、火灾、爆炸等灾害,其理化性质和特殊的扩散规律是决定事故灾害大小的主要因素。准确认识危险化学品泄漏扩散规律是制定应急救援预案和安全监管措施的基础。在实验室对油库罐区的重质危险化学品在不同泄漏位置和不同泄漏方向条件下的泄漏扩散过程进行模拟实验,结果表明:当罐组中心的罐发生泄漏时,气体容易在罐区聚集,扩散速度较慢;当罐组边缘的罐发生泄漏时,气体的扩散速度较快,影响范围大;泄漏方向为垂直向上或垂直向下时,气体容易在泄漏口周围的罐区聚集,其气体体积分数很快达到爆炸极限,危险性大。该研究结果可为制定危险化学品罐区应急救援预案提供参考。     

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储罐优化数学模型及其应用

在LNG系统中,LNG储罐设施所占的投资比例较大,为节省投资,基于压力和蒸发率的关系对LNG储罐进行优化。相对于LNG单容罐,全容罐在经济和安全方面的优势更明显。介绍了LNG全容罐保温系统的组成和优化原理,提出通过调整保温层厚度代替储罐的增压系统进行罐内压力调节并达到高压储存的目的,在储罐安全的条件下,利用BOG压缩机对蒸发气进行再冷凝,实现LNG的循环利用。基于此,建立了LNG储罐优化数学模型,并利用VC＋＋语言编写计算程序对其求解,算例分析结果表明：该模型可行且适用于LNG系统的优化。     

城市天然气管道动态泄漏扩散特性模拟分析

对城市天然气管道泄漏的动态特性进行研究,可以更好地预测泄漏气体的扩散危害后果和影响范围。通过对城市天然气管道动态泄漏过程及状态分析,建立了管道泄漏计算模型。根据动态泄漏速率的变化特征,将格林函数应用到流体扩散微分方程中,得到动态扩散的合成模型。结合实际案例进行数学模拟分析,得到不同条件和不同状态下的城市天然气泄漏扩散规律和危险区域。结果表明：管道泄漏比、风速及大气稳定度对城市天然气管道泄漏扩散均有影响,提高风速或增大泄漏比均会加大天然气泄漏扩散浓度分布范围,但当风速大于3m／s时,天然气向下风方向扩散范围反而减小;喷射火危害范围随风速的增大而增大,蒸汽云爆炸危害范围则随风速的增大而减小;风速较小时,蒸汽云爆炸伤害范围大于喷射火伤害范围,而当管道泄漏比较大、风速也较大时,喷射火伤害范围大于蒸汽云爆炸伤害范围,应根据不同情况确定应急疏散距离。（图6,表1,参11）     

用蒸发气体充填LNG储罐隔热层

从普通堆积隔热型LNG储罐对隔热层充填气体的要求出发,对BOG(蒸发气体)和N2(氮气)的各项性质进行了分析和对比,并在此基础上进行了试验验证,结果表明,用BOG替换N2充填LNG储罐隔热层不仅在理论上、技术上可行,而且还具有较好的经济性,具有一定的推广应用价值.     

基于风洞平台实验的内浮顶罐油气泄漏扩散数值模拟

研究内浮顶罐油气泄漏扩散规律,对于加强环境污染控制、保障罐区安全具有重要意义。建立风洞实验平台,测试小型内浮顶罐风速及浮盘位置对蒸发损耗速率的影响,并考察了风场、浓度场分布规律。基于CFD数值模拟,使用UDF导入环境风,建立了内浮顶罐油气泄漏扩散的数值模型,并通过风洞实验数据验证其模拟的可行性。重点讨论了内浮顶罐外风场及风压分布规律、风速对内浮顶罐油气流场分布及油气扩散浓度的影响。结果表明:浮盘位置越低、风速越大,蒸发速率越快;罐壁的静压力分布规律为迎风侧最大、背风侧居中、罐两侧最小;不同风速下,罐内油气分布整体呈现对称状态;风速越小,油气质量浓度越高,浮盘缝隙处的油气质量浓度最高,并存在安全和环境污染隐患。研究成果对于内浮顶罐设计及运行维护、环保安全管理具有参考价值。