LNG储罐泄漏事故模拟分析

王坤

（中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京　102249）

LNG储罐泄漏事故模拟分析

王坤

（中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京102249）

针对LNG储罐发生泄漏易造成安全事故的问题，使用化学品风险评估模拟分析软件safer trace建立了LNG储罐泄漏事故模型，模拟发生泄漏、闪火、蒸汽云爆炸及池火的4种事故工况，定量分析了LNG泄漏后发生火灾的热辐射影响范围和爆炸超压波的影响范围，对比不同风速条件下事故的影响能力，并确定了LNG储罐与周边设施的最小安全距离为25 m。

LNG储罐泄漏热辐射池火安全距离

0　引言

LNG储罐内储存的是极低温度下的LNG，一旦储罐发生泄漏，LNG将会沿空气低点形成一个流动层，迅速从周围环境中吸热，当其中的甲烷温度达到-113℃时将形成密度小于空气的气体，并随之上升。在此过程中可能发生火灾、爆炸等事故，LNG着火火焰温度很高，其带来的热辐射能量很大，会对周边的人群及设施产生巨大的伤害［1］。

1　事故假设

储罐里的LNG组分主要为甲烷，LNG储罐为全容罐，储存温度为-160℃，储存压力为常压，泄漏事故释放时间为10 min，泄漏高度为1 m，泄漏孔径假设为圆形，直径为10 cm，流量系数取0.7。

根据标准，事故假设的外部条件数据采用为［2］：风速1.5 m/s，大气稳定度为F，空气相对湿度为50%，温度为25℃。

2　事故模拟分析

笔者使用safer trace模拟软件对LNG储罐泄漏事故工况进行模拟分析。safer trace软件是一款用于化学品风险管理分析的应用工具，软件可以用于对泄漏到大气中的有毒、易燃、易爆等化工产品的危害进行评估。

LNG属于甲A级火灾危险物品，当其发生泄漏时，遇火源极易发生闪火、爆炸及池火等危险，笔者针对储罐发生泄漏、闪火、蒸汽云爆炸及池火事故时，使用safer trace建立事故模型并对事故工况进行模拟，分析在不同气象条件下事故的影响力。

2.1泄漏

使用safer trace对LNG从储罐中泄漏出的工况进行模拟，LNG的影响范围如表1所示，从表中可见，风速会加快气化后的LNG向空中的扩散，相同浓度的扩散气在高风速下的影响范围更小，由于LNG中甲烷含量在90%以上，根据美国化学工程师协会的规定，甲烷在空气中的闪火浓度范围为50 000～150 000 mg/L，在此浓度区间内的甲烷遇明火将会出现燃烧（爆炸），风速低的气象条件不利于甲烷的扩散，将更有可能发生爆炸燃烧事故。

表1　LNG储罐泄漏影响结果表

2.2闪火热辐射

模拟定义的热辐射值是根据美国工业卫生协会所指定的ERPG［3］（紧急响应计划指南）标准，如表2所示。

表2　热辐射强度伤害表

不同风速条件下的热辐射模拟结果如图1和图2所示，图中红色区域内（内圈）表示达到了37 500 W/m2的辐射量，黄色区域内（中圈）表示达到了12 500 W/m2的辐射量，绿色区域内（外圈）表示达到了4 000 W/m2的辐射量。经过对比发现，风速对热辐射的影响和对扩散浓度的影响呈相反作用，风速高的事故状态下气体燃烧热辐射影响范围更广，且在下风向最远影响距离点，燃烧产生的热辐射量最低也在37 500 W/m2以上；而低风速下，3种辐射量的最远影响距离差别明显。因此，LNG扩散发生燃烧事故时，高风速下热辐射影响后果更为严重。

图1　风速为5m/s时的热辐射影响距离图

2.3蒸汽云爆炸

图2　风速为1.5m/s时的热辐射影响距离图

使用软件内嵌的Baker-Strehlow模型来计算蒸汽云爆炸超压影响范围，计算结果显示，在风速为1.5 m/s的爆炸事故状态下，爆炸压力超过50 kPa的最远距离为39 m，超过10 kPa的最远距离为144.1 m，超过3 kPa的最远距离为413.3 m；而在风速为5m/s的蒸汽云爆炸事故状态下，爆炸压力超过50 kPa的最远距离为39.5 m，超过10 kPa的最远距离为144.3 m，超过3 kPa的最远距离为414.1 m。不同风速条件下的爆炸超压影响范围如图3和图4所示，图中显示了两种风速条件下的爆炸超压影响范围几乎一致，可认为风速对蒸汽云爆炸事故的超压影响范围没有作用。

2.4池火热辐射

图3　风速为5m/s时的爆炸超压影响范围图

使用safer trace软件建立LNG储罐泄漏发生池火火灾模型，模拟事故对周围环境产生的热辐射影响，模拟结果显示，在风速为5 m/s的爆炸事故状态下，池火热辐射量超过37 500 W/m2的最远距离为7.8 m，超过13 500 W/m2的最远距离为13m，超过4 000 W/m2的最远距离为25.3 m；风速为1.5 m/s的爆炸事故状态下，池火热辐射量超过37 500 W/m2的最远距离为6.3 m，超过13 500 W/m2的最远距离为9.5 m，超过4 000 W/m2的最远距离为20.3 m，见图5和图6。可见风速会显著影响池火热辐射范围，较低的风速有利于现场事故的控制工作。

图4　风速为1.5m/s时的爆炸超压影响范围图

3　结论

1）通过对LNG储罐的泄漏事故工况进行模拟分析，得出事故燃烧热辐射在风速为5 m/s时的4 kW/m2辐射量的最远影响距离为100 m，风速为1.5 m/s时的4 kW/m2辐射量的最远影响距离达到了130 m。因此，较高的风速可适当缩小燃烧热辐射的影响范围。

2）LNG储罐发生泄漏爆炸的后果非常严重，此次模拟的3 kPa影响范围达到了413 m，且基本不受风速的影响。

图5　风速为5m/s时的池火热辐射影响范围图

3）当发生池火事故时，在风速为5 m/s时4 kW/m2辐射量的影响范围为25 m以上，且风速增大时热辐射影响范围将会扩大，因此防火池建筑墙离储罐的距离不得少于25 m。

图6　风速为1.5m/s时的池火热辐射影响范围图

4）装有危险液体的储罐发生事故的不确定性较大，运用事故模拟软件safer trace对各种常见的事故类型进行模拟分析，有利于库区的安全运行和事故预防。

［1］朱伯龄，於孝春.PHAST软件对液化天然气泄漏扩散的研究［J］.计算机与应用化学，2009，26（11）：1418-1422.

［2］中华人民共和国建设部.GB/T50183-2004石油天然气工程设计防火规范［S］.北京：中国计划出版社，2004.

［3］ AIHA.TheAIHA1999EmergencyResponsePlanning Guidelines and Workplace Environmental Exposure Level Guidelines Handbook（1999）［S］.Fairfax：AIHA Press，1999.

（编辑：蒋龙）

B

2095-1132（2016）04-0047-03

10.3969/j.issn.2095-1132.2016.04.013

修订回稿日期：2016-07-29

王坤（1992-），硕士研究生，研究方向为油气田完整性管理。E-mail：bibberwhut@163.com。