LNG储罐泄漏扩散分析及危险性评价

摘要

液态天然气(LNG)作为一种新型的清洁能源，具有沸点低、能效高、安全性能高等特点，被视为地球上最洁净的化石能源，近年来逐渐得到广泛使用，成为全球发展最迅猛的能源行业之一。在LNG储运过程中，由于LNG的低温易燃易爆等物理性质，使其具有极高的危险性，发生火灾事故时很容易造成巨大的人员财产损失，因此对LNG储罐关键部位的分析、其泄漏扩散规律的研究以及其危险性的研究与评价，对有效的评估事故后造成的危害、制定相应的应急预案与救援措施有着重要的意义。 本文基于此围绕LNG储罐的危险性展开研究，首先利用有限元方法分析了不同工作状态下、不同阀门的应力分布情况和疲劳寿命，随后利用CFD方法分析研究了LNG储罐泄漏扩散规律以及不同因素（围堰尺寸、风速、储罐容积、储罐类型）对泄漏扩散过程的影响，并在此基础上对道化学方法进行改进，主要研究结果如下: 1、工作状态下阀门上的温度分布不均匀，导致阀体上与管道的连接部位存在较大应力集中，约为静力场单独作用下的30倍，且在经历1000次循环载荷下，该部位的疲劳寿命使用系数为0.1178。 2、LNG储罐泄漏形成的气云随泄漏时间的发展出现了沉降、堆积以及回流的形貌特征，且不同浓度气云下风向最远距离与爆炸范围也呈现规律性变化。 3、通过模拟不同围堰尺寸(围堰长10m、9m、7.5m、6.5m)、不同风速（风速1.5m/s、2.5m/s、3.4m/s）、不同容积（80m3与30m3）以及不同类型（立式储罐与卧式储罐）情况下泄漏扩散结果，发现泄漏扩散的范围随围堰尺寸增大而增大，随风速增大而减小，随储罐容积的增大而增大，根据模拟结果得到中小型立式储罐爆炸范围、不同浓度气云下风向最远距离随围堰尺寸与风速的变化规律。 4、现有评价方法在围堰尺寸与风速对泄漏扩散的影响方面考虑不足，本文根据对道化学公司火灾爆炸危险指数评价法进行修正，设置与围堰尺寸影响系数和风速影响系数，使评价方法对LNG储罐的安全评价结果更准确有效。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究进展

1．2．1 LNG泄漏扩散研究

1．2．2 安全评价与标准

1．3 存在的问题与发展趋势

1．4 本文主要研究目标、内容及技术路线

第二章 LNG储罐关键部位的安全服役性能研究

2．1 研究对象确定

2．1．1 理论模型

2．1．2 有限元模型

2．1．3 参数设定

2．1．4 边界条件设定

2．2 计算结果及分析

2．2．1 温度场分析

2．2．2 热应力场分析

2．2．3 热应力分析与静力分析结果对比

2．2．4 不同类型低温阀门分析热应力结果对比

2．3 本章小结

第三章 LNG储罐泄漏扩散研究

3．1 LNG泄漏扩散的理论模型

3．1．1 泄漏源模型

3．1．2 LNG泄漏扩散多相流模型

3．2 三维几何模型

3．2．1 计算流域的确定

3．2．2 网格划分

3．2．3 边界条件与参数设定

3．3 LNG储罐泄漏扩散规律

3．3．1 风场数值仿真

3．3．2 泄漏扩散数值仿真

3．4 不同因素对泄漏扩散影响

3．4．1 不同围堰尺寸对泄漏扩散的影响

3．4．2 不同风速对泄漏扩散的影响

3．4．3 不同储罐容积对泄漏扩散的影响

3．4．4 不同储罐类型对泄漏扩散的影响

3．5 本章小结

第四章 安全评价方法的研究及应用

4．1 道化学评价法的研究与改进

4．1．1 道化学评价法(道七版)分析程序

4．1．2 对道化学评价法的改进

4．2 评价方法的应用

4．2．1 实例应用

4．2．2 与基于风险的检测(RBI)对储罐失效后果的比较

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文主要工作与结论

5．2 未来工作展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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