【摘要】：隨著全球能源需求和環(huán)境保護矛盾的日益突出,液化天然氣(LNG)在各國能源結構中的比例不斷提高。作為LNG陸路運輸?shù)闹匾绞街?槽罐車運輸以其方便、快捷等優(yōu)勢不斷得到推廣,但在其運輸過程中發(fā)生泄漏、燃燒與爆炸事故時有報道,造成了嚴重的經(jīng)濟損失、人員傷亡和不良社會影響。LNG槽罐車泄漏燃料一旦著火,往往使槽罐車進入“泄漏→燃燒→熱反饋→槽罐內(nèi)升溫升壓→強化泄漏”的事故鏈演化過程,易造成較大危害。本文圍繞槽罐車泄漏并引發(fā)燃燒的事故工況,針對泄漏燃燒將形成槽罐車被持續(xù)加熱、繼而可能引發(fā)罐內(nèi)升壓爆炸的危險情形,并基于我國典型LNG槽罐車工況,建立了其“泄漏-燃燒”耦合發(fā)展模型,研究了泄漏相態(tài)、儲罐充裝率和泄漏孔徑對該類泄漏事故演化過程的影響特性,為LNG泄漏事故的應急處置提供科學支撐。研究結果表明,液相泄漏時,儲罐一旦形成發(fā)生“泄漏-燃燒”耦合過程,往往導致泄漏速率與燃燒反饋熱流之間“正反饋”發(fā)展過程,易造成LNG儲罐壓力突然急劇升高爆炸的危險;氣相泄漏時,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,低充裝率儲罐在泄漏初期階段危險性較高,而對于高充裝率儲罐,其最終可達峰值壓力往往更大。另外,泄漏孔徑是影響儲罐泄漏特征的最重要且復雜參數(shù)之一,在一定孔徑范圍和充裝率條件下,儲罐內(nèi)可達峰值壓力隨孔徑的增大而主要呈減小趨勢,然而,在90%充裝率條件下,當泄漏孔徑為70mm和80mm時,卻形成明顯高于其它工況的儲罐峰值壓力,且在大孔徑泄漏條件下快速達到,體現(xiàn)了此時的高超壓爆炸危險性。最后,在LNG槽罐車泄漏火災事故應急救援時,不應盲目靠近施救,需根據(jù)泄漏類型做出審慎的救援策略,外界火災熱輻射對罐體的反饋作用不容忽視,盡快滅火對罐體降溫以降低罐內(nèi)壓力是關鍵。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE88
【圖文】：

逑２．２液相泄漏子模型逡逑對于火災環(huán)境下一個水平放置的臥式ＬＮＧ罐車發(fā)生泄漏，如圖２．２所示，當逡逑圓形泄漏小口位于罐車底面時，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罐車液相泄漏示意圖逡逑液相泄漏時，僅液相區(qū)域純液體泄漏出儲罐，液面處液體蒸發(fā)出的蒸氣補充逡逑到罐內(nèi)的氣相區(qū)，氣相和液相均處于動態(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蒸氣溫度與儲罐壓力下的飽和溫度一致，可達到暫時的瞬態(tài)平衡，此時，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

而形成大面積火災事故。逡逑ＬＮＧ泄漏火災事故主要為４種類型，即池火災、噴射火、蒸氣云爆炸和沸逡逑騰液體擴展蒸汽爆炸（ＢＬＥＶＥ），見圖３．１。當ＬＮＧ罐車發(fā)生介質(zhì)大量泄漏時，逡逑如果泄漏的液體未發(fā)生快速氣化，則會沿地面形成液池，一旦遇到火源就會被點逡逑燃而引起池火災。噴射火是因為加壓氣體從裂口高速泄漏噴出形成射流擴散，當逡逑達到燃燒濃度范圍，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，一旦蒸氣云團濃度達到爆炸極限，且遇明火就會發(fā)生蒸氣爆炸逡逑事故。沸騰液體擴展蒸汽爆炸（ＢＬＥＶＥ）指的是當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)生瞬時破裂，容器內(nèi)的過熱液體或液化逡逑氣體突然釋放并被引燃，形成巨大火球導致爆炸發(fā)生。雖然池火災和噴射火的直逡逑接傷害影響沒有蒸氣云爆炸和沸騰液體擴展蒸氣爆炸大

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