【摘要】：近幾年,隨著我國液化天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)生產(chǎn)、運輸和儲存項目的不斷投用,LNG產(chǎn)業(yè)得以飛速發(fā)展。LNG產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展一定程度上填補了國內能源需求的缺口,改善了我國能源短缺和環(huán)境污染的現(xiàn)狀;但是快速增多的LNG站場也帶來了安全隱患和事故風險。大量的研究結果表明:由于液化天然氣具有極低溫和易燃易爆的特性,LNG泄漏后的液體和蒸氣對人員和設備都會造成傷害,特別是泄漏后形成的蒸氣云一旦遇到點火源極有可能發(fā)生嚴重的火災、爆炸事故。因而,非常有必要對LNG泄漏后的擴散行為和擴散抑制技術開展研究,選擇合適的抑制技術以減小LNG泄漏擴散范圍,最大限度的避免災害性事故的發(fā)生。高倍數(shù)泡沫是一種抑制LNG擴散的有效方法,但是目前對其抑制機理還不明確,一些關鍵應用參數(shù)需要通過實驗進一步確定。鑒于此,本文主要開展了以下研究工作:(1)通過分析儲液池蒸發(fā)過程中的熱量、動量和質量轉換以及蒸氣云在大氣中的擴散原理,找出影響LNG蒸發(fā)擴散的主要因素是熱量輸入和氣體流動程度,并提出高倍數(shù)泡沫對LNG蒸發(fā)擴散的抑制機理:高倍數(shù)泡沫覆蓋著LNG儲液面上方后由于帶入了大量熱源,上層泡沫對LNG蒸氣進行加熱,使得LNG蒸氣密度降低,LNG蒸氣上浮,進而降低了地面處可燃氣云濃度和體積,以減小發(fā)生火災爆炸事故的概率。(2)從流體動力學的角度出發(fā),利用基于CFD理論的KFX軟件,對國外大型LNG泄漏擴散實驗進行模擬計算。模擬計算結果表明:KFX軟件可以有效地模擬LNG蒸發(fā)擴散過程。模擬計算中監(jiān)測點的濃度變化、儲液池溫度變化、蒸氣云范圍及高倍數(shù)泡沫抑制效果等結果都與實驗結果非常相似。模擬結果驗證了前面提出的抑制機理。(3)通過實驗前的模擬計算,預測LNG實驗結果。模擬結果表明:模擬結果給出了一定風速作用下的可燃氣云范圍,和關鍵設施處的可燃氣云濃度,并為LNG現(xiàn)場實驗的監(jiān)測點布置等工作提供參考。(4)根據(jù)預測模擬計算結果,開展LNG泄漏擴散實驗,實驗結果表明:LNG儲液池下風向濃度、溫度、高倍數(shù)泡沫的抑制效果等數(shù)據(jù)與國外現(xiàn)有實驗結果相似。實驗結果中的儲液池溫度、氣云、質量蒸發(fā)速率等數(shù)據(jù)變化反映出高倍數(shù)泡沫對LNG儲液池的蒸發(fā)擴散的抑制作用,驗證了高倍數(shù)泡沫抑制機理和有效性。
[Abstract]:In recent years, with the continuous use of (Liquefied Natural Gas,LNG production, transportation and storage projects in China, the LNG industry has developed rapidly. The rapid development of LNG industry has filled the gap of domestic energy demand to a certain extent. It improves the current situation of energy shortage and environmental pollution in China. But the rapid increase of LNG yard also brought safety risks and accident risks. A large number of research results show that because LNG has the characteristics of extremely low temperature and flammable and explosive, the liquid and steam after LNG leakage will cause harm to people and equipment. Especially, serious fire and explosion may occur once the steam cloud is exposed to the ignition source. Therefore, it is very necessary to study the diffusion behavior and diffusion suppression technology after LNG leakage, select appropriate suppression technology to reduce the diffusion scope of LNG leakage, and avoid the occurrence of catastrophic accidents to the maximum extent. High expansion foam is an effective method to inhibit the diffusion of LNG, but the mechanism of its inhibition is not clear at present. Some key application parameters need to be further determined by experiments. In view of this, this paper has mainly carried out the following research work: (1) by analyzing the heat, momentum and mass transfer in the evaporation process of the liquid storage tank and the diffusion principle of the vapor cloud in the atmosphere, The main factors affecting the evaporation diffusion of LNG are heat input and gas flow degree, and the mechanism of high expansion foam inhibiting the evaporation diffusion of LNG is put forward. The high expansion foam covers the top of the LNG storage level and brings in a large number of heat sources. The upper foam heats the LNG vapor, which reduces the density of LNG vapor and floats LNG vapor, thus reducing the concentration and volume of gas cloud on the ground to reduce the probability of fire and explosion accident. (2) from the point of view of hydrodynamics, By using KFX software based on CFD theory, the large scale LNG leakage diffusion experiments abroad are simulated and calculated. The simulation results show that the KFX software can effectively simulate the evaporation diffusion process of LNG. The experimental results are very similar to the experimental results, such as the concentration change of the monitoring point, the temperature change of the liquid storage tank, the range of vapor cloud and the effect of high multiple foam suppression in the simulation calculation. The simulation results verify the inhibition mechanism proposed above. (3) the LNG experimental results are predicted by the simulation calculation before the experiment. The simulation results show that the range of gas cloud under certain wind speed and the concentration of gas cloud at key facilities are given. It also provides a reference for the arrangement of monitoring points in the LNG field experiment. (4) according to the predicted simulation results, the LNG leakage diffusion experiment is carried out. The experimental results show that the concentration of wind direction and temperature under the LNG liquid storage tank, The data of the inhibition effect of high-expansion foam are similar to the existing experimental results abroad. The change of temperature, gas cloud and mass evaporation rate in the liquid storage tank reflects the inhibition effect of high expansion foam on the evaporation diffusion of LNG tank, and verifies the mechanism and effectiveness of high expansion foam suppression.
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE88

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本文編號：2352909