【摘要】：隨著全球能源需求和環(huán)境保護(hù)矛盾的日益突出,液化天然氣(LNG)在各國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比例不斷提高。作為L(zhǎng)NG陸路運(yùn)輸?shù)闹匾绞街?槽罐車(chē)運(yùn)輸以其方便、快捷等優(yōu)勢(shì)不斷得到推廣,但在其運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生泄漏、燃燒與爆炸事故時(shí)有報(bào)道,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和不良社會(huì)影響。LNG槽罐車(chē)泄漏燃料一旦著火,往往使槽罐車(chē)進(jìn)入“泄漏→燃燒→熱反饋→槽罐內(nèi)升溫升壓→強(qiáng)化泄漏”的事故鏈演化過(guò)程,易造成較大危害。本文圍繞槽罐車(chē)泄漏并引發(fā)燃燒的事故工況,針對(duì)泄漏燃燒將形成槽罐車(chē)被持續(xù)加熱、繼而可能引發(fā)罐內(nèi)升壓爆炸的危險(xiǎn)情形,并基于我國(guó)典型LNG槽罐車(chē)工況,建立了其“泄漏-燃燒”耦合發(fā)展模型,研究了泄漏相態(tài)、儲(chǔ)罐充裝率和泄漏孔徑對(duì)該類泄漏事故演化過(guò)程的影響特性,為L(zhǎng)NG泄漏事故的應(yīng)急處置提供科學(xué)支撐。研究結(jié)果表明,液相泄漏時(shí),儲(chǔ)罐一旦形成發(fā)生“泄漏-燃燒”耦合過(guò)程,往往導(dǎo)致泄漏速率與燃燒反饋熱流之間“正反饋”發(fā)展過(guò)程,易造成LNG儲(chǔ)罐壓力突然急劇升高爆炸的危險(xiǎn);氣相泄漏時(shí),相同外界環(huán)境條件下,罐內(nèi)壓力不易升高,發(fā)生罐體超壓失效可能性較低。此外,低充裝率儲(chǔ)罐在泄漏初期階段危險(xiǎn)性較高,而對(duì)于高充裝率儲(chǔ)罐,其最終可達(dá)峰值壓力往往更大。另外,泄漏孔徑是影響儲(chǔ)罐泄漏特征的最重要且復(fù)雜參數(shù)之一,在一定孔徑范圍和充裝率條件下,儲(chǔ)罐內(nèi)可達(dá)峰值壓力隨孔徑的增大而主要呈減小趨勢(shì),然而,在90%充裝率條件下,當(dāng)泄漏孔徑為70mm和80mm時(shí),卻形成明顯高于其它工況的儲(chǔ)罐峰值壓力,且在大孔徑泄漏條件下快速達(dá)到,體現(xiàn)了此時(shí)的高超壓爆炸危險(xiǎn)性。最后,在LNG槽罐車(chē)泄漏火災(zāi)事故應(yīng)急救援時(shí),不應(yīng)盲目靠近施救,需根據(jù)泄漏類型做出審慎的救援策略,外界火災(zāi)熱輻射對(duì)罐體的反饋?zhàn)饔貌蝗莺鲆?盡快滅火對(duì)罐體降溫以降低罐內(nèi)壓力是關(guān)鍵。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE88
【圖文】：

逑２．２液相泄漏子模型逡逑對(duì)于火災(zāi)環(huán)境下一個(gè)水平放置的臥式ＬＮＧ罐車(chē)發(fā)生泄漏，如圖２．２所示，當(dāng)逡逑圓形泄漏小口位于罐車(chē)底面時(shí)，因罐內(nèi)液面高于小孔位置，發(fā)生液相泄漏。逡逑ｕ邐Ｌ邋邐＾逡逑／＂￣￣ｍ邐ｍ￣ｐＴｔＴＴｍ邐ｍ￣＼逡逑〈ｕ邐—邋ＪＰ邋？逡逑ＢＢＳＳＳＢＸ逡逑卜管ｒ逡逑圖２．２邋ＬＮＧ罐車(chē)液相泄漏示意圖逡逑液相泄漏時(shí)，僅液相區(qū)域純液體泄漏出儲(chǔ)罐，液面處液體蒸發(fā)出的蒸氣補(bǔ)充逡逑到罐內(nèi)的氣相區(qū)，氣相和液相均處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。根據(jù)伯努利方程，液相泄漏逡逑質(zhì)量速率計(jì)算如下：逡逑Ｖ／＝ＪＥＫｚＭ邐（２．１）逡逑Ｖ邋Ｐｉ逡逑Ｐｍ邋＝邋ｐｖ邋＋邋ＰｉｇＨ邐（２．２）逡逑ｖ，＝邐ＩｌｇＨ邋＋邋＾＾Ｓ邐（２．３）逡逑Ｖ邐Ｐｉ逡逑＾ｌｅａｋ－ｌ邋＝邋＾ｄ，Ｉ＾ＰｌＶｌ邋＝邋Ｑ邋／＾Ｐ／ａ邐￣＾邋２ｉ＾邐（２．４）逡逑Ｖ邐Ｐｉ逡逑式中，ｒｈｔｅａＪＣ＿！為液體泄漏質(zhì)量速率，ｋｇ／ｓ；邋Ｊ為泄漏口面積，ｍ２；邋ｖ／為液體逡逑泄漏速率，ｍ／ｓ；邐為泄漏口處壓力，Ｐａ；邐為外界環(huán)境壓力，ｐａ；邋ｐｖ為罐內(nèi)逡逑氣相區(qū)壓力

界向儲(chǔ)罐輸入熱量是均勻的，忽略罐壁與介質(zhì)的溫度差異，且相變僅發(fā)生在氣液逡逑交界面處，即罐內(nèi)液相與氣相之間的相變傳熱傳質(zhì)模式僅為表面閃蒸和蒸發(fā)，如逡逑圖２．４所示。逡逑（（逡逑Ｉ邋Ｌｉｑｕｉｄ邋Ｊ逡逑圖２．４罐內(nèi)ＬＮＧ閃蒸示意圖逡逑這時(shí)蒸氣溫度與儲(chǔ)罐壓力下的飽和溫度一致，可達(dá)到暫時(shí)的瞬態(tài)平衡，此時(shí)，逡逑基于能量守恒可得：逡逑（ｍｌＣｐＪ邋＋邋ｍｖＣｐ，ｙ邋）＾邋＝邋Ｑ－邐（２．１５）逡逑故，逡逑手上＾＾邐（２１６）逡逑ｄｔ邋ｍｌＣｐＪ＋ｍＶＣｐ，ｙ逡逑１７逡逑

而形成大面積火災(zāi)事故。逡逑ＬＮＧ泄漏火災(zāi)事故主要為４種類型，即池火災(zāi)、噴射火、蒸氣云爆炸和沸逡逑騰液體擴(kuò)展蒸汽爆炸（ＢＬＥＶＥ），見(jiàn)圖３．１。當(dāng)ＬＮＧ罐車(chē)發(fā)生介質(zhì)大量泄漏時(shí)，逡逑如果泄漏的液體未發(fā)生快速氣化，則會(huì)沿地面形成液池，一旦遇到火源就會(huì)被點(diǎn)逡逑燃而引起池火災(zāi)。噴射火是因?yàn)榧訅簹怏w從裂口高速泄漏噴出形成射流擴(kuò)散，當(dāng)逡逑達(dá)到燃燒濃度范圍，遇明火則形成了噴射火。蒸氣云爆炸指的是大量液化氣體蒸逡逑氣積聚形成云團(tuán)，一旦蒸氣云團(tuán)濃度達(dá)到爆炸極限，且遇明火就會(huì)發(fā)生蒸氣爆炸逡逑事故。沸騰液體擴(kuò)展蒸汽爆炸（ＢＬＥＶＥ）指的是當(dāng)壓力容器受到外界熱量作用，逡逑使容器材料耐壓性能下降，并突然破壞發(fā)生瞬時(shí)破裂，容器內(nèi)的過(guò)熱液體或液化逡逑氣體突然釋放并被引燃，形成巨大火球?qū)е卤òl(fā)生。雖然池火災(zāi)和噴射火的直逡逑接傷害影響沒(méi)有蒸氣云爆炸和沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸大

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