内河LNG罐箱运输船泄漏扩散与锚泊安全研究

液化天然气(LNG)罐式集装箱运输船在内河水域的通航安全是业界关注的重要问题。以在锚泊状态下船载LNG罐箱为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)模拟方法,构建LNG罐箱泄漏物理模型;以内河702 TEU型集装箱船、T75型罐箱和LNG罐箱积载要求等数据,采用Space Claim构建计算域模型,并建立在LNG连续泄漏状态下的极端不利条件,开展LNG泄漏与扩散的极限距离仿真试验,试验结果表明极限扩散的安全距离约187 m。综合考虑LNG极限扩散距离、锚泊事故风险和锚泊安全状态等条件,建立内河LNG罐箱船锚泊安全区计算模型,并提出半径315 m的锚泊安全区域及锚泊安全建议。研究成果能为水运部门制定相关标准规范和安全监管制度提供技术支撑。

LNG动力船采用锚地船对船冷舱作业过程泄漏扩散分析

为保障LNG动力船在锚地采用船对船方式冷舱作业的安全,需计算分析冷舱作业时LNG泄漏扩散的范围。选取20000 m 3LNG加注船和15000 TEU双燃料集装箱船为分析对象,针对气相/液相软管发生破裂泄漏、加注船/受注船法兰接头处发生泄漏两处高风险场景,采用三维流体仿真软件FLACS对LNG泄漏后扩散波及范围进行模拟分析,对比分析不同泄漏位置对LNG泄漏扩散的影响。结果表明,气相软管破裂形成的可燃蒸气云覆盖范围较小,基本不会对船舶造成影响;加注船法兰接头处发生的液相泄漏形成的可燃蒸气云会大面积积聚在加注船船艏,应采取安全措施避免此类泄漏;法兰接头处发生液相泄漏产生的后果较软管破裂更为严重,并结合上述分析结果,确定锚地冷舱作业时的安全间距,为行业实施相关作业提供参考依据和安全保障。

LNG气化站泄漏动态风险概率评估方法及应用

为了对液化天然气(LNG)气化站全作业周期内天然气泄漏的动态风险概率进行评估,基于贝叶斯网络及模糊集理论,提出了LNG气化站全作业周期内天然气泄漏的动态风险概率评估方法,并结合实际案例进行了分析,得到了某气化站天然气泄漏的动态概率变化情况。结果表明,在无人为干预的情况下,气化站在运行过程中LNG泄漏的概率处于中等和偏低之间,应急阶段LNG泄漏的概率较大,储存阶段LNG泄漏的概率较小;通过贝叶斯网络的逆向推理功能,闪蒸气加热器质量、储罐质量、其他气化设备质量、储罐区管线质量、闪蒸气输送管线质量是导致应急阶段天然气泄漏的主要因素。该方法可以克服传统静态分析方法的不足,预测LNG气化站全作业周期内天然气泄漏风险概率的动态演化过程。可为LNG气化站的风险控制和安全管理提供技术参考。

基于氨显色反应的LNG围护系统泄漏检测及识别方法应用

将氨显色反应方法应用在液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)围护系统泄漏检测中,并探讨目标检测模型YOLOv7在氨显色图像泄漏点检测中的效果。针对LNG薄膜型围护系统泄漏检测需求,分析氨显色反应的原理,并根据该原理构建泄漏检测所需的抽注气系统、显色喷剂及图像采集终端;针对氨显色泄漏图像,将蓝色泄漏点进行标注并对数据进行MixUp数据增强;在泄漏点识别上,采用目标检测网络YOLOv7进行训练,在该数据集上平均准确度(mean Average Precision,mAP)达97.71%,可满足LNG围护系统自动化辅助检测要求。

LNG储罐周边防火间距分析

依据《石油天然气工程设计防火规范》(GB50183—2004)和《天然气液化工厂设计标准》(GB 51261—2019),采用国际公认的挪威船级社DNV PHAST火灾计算模型,对某液化天然气储存站场防火间距进行计算分析,在站场安全和社会经济的角度,探求适用于当地环境的液化天然气站场的防火间距,从而降低对周围建筑物的风险,为企业安全生产提供依据。

基于热-应力耦合的LNG储罐泄漏状态下外罐壁受力分析

为分析LNG全容罐在内罐泄漏状态下的外罐壁液密性,采用大型通用有限元分析软件对外罐在正常使用、夏季高中低液位及局部冷点泄漏状态下的结构响应进行了非线性有限元分析,并验证分析了热角保护结构的可靠性。研究结果表明:正常使用阶段外罐壁向内轻微收缩,外罐壁外侧根部出现轻微受拉损伤。泄漏阶段外罐壁收缩明显增大,外罐壁内侧出现大范围受拉损伤,钢筋应力水平显著增加,但外罐壁液密性指标满足要求。热角保护结构在内罐泄漏状态下可有效保证外罐壁底部不直接接触低温液体。

基于FLACS的LNG浮式转接驳作业中的泄漏扩散分析

以LNG浮式转接驳设计方案为例,对其与17.4万m^(3)及3万m^(3) LNG运输船实施LNG过驳作业过程中发生LNG/NG泄漏的高风险场景进行定量风险评估。将不同风向下LNG泄漏后可燃蒸气云扩散结果按照同等浓度水平进行叠加,据此确定LNG传输作业的安全区域。

定量风险评估方法在LNG项目的应用现状

随着中国能源结构的不断发展与调整,液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)的使用与储存逐渐受到重视,相关设备设施规模不断扩大,所产生的安全风险问题成为研究热点。定量风险评估方法可对LNG设备设施进行风险评估,对设备设施的设计、制造、安装、操作、维护和退役等过程进行指导。综述了定量风险评估方法中场景频率计算及事故后果计算在LNG项目中的应用现状,并分析了具体实施方法和使用工具,得到了在确定设备设施泄漏频率和点火概率时常用泄漏频率数据库、专家判断及模糊数学等工具和方法。但目前中国数据库缺失,且国外数据库与中国LNG项目设备设施不匹配,亟需建立适合中国LNG项目的完整设备设施失效数据库;在确定场景频率时,通常只是静态地计算场景发生频率,没有考虑复杂系统的动态性,无法考虑新信息对场景发生频率的影响及动态的定量风险分析是当下研究热点。研究结果可为LNG项目定量风险评估的决策提供参考。

LNG储罐泄漏扩散模拟分析

为预防液化天然气(LNG)储罐泄漏安全事故,利用PHAST软件,以湘潭新奥荷塘储配站的储罐为研究对象,探究不同泄漏孔径及风速2个条件对LNG蒸气云泄漏扩散距离及泄漏导致的喷射火与爆炸范围的影响机制。结果表明:蒸气云泄漏扩散距离、喷射火辐射影响半径及爆炸超压影响半径与泄漏孔径尺寸成正比,蒸气云泄漏扩散距离、爆炸超压影响半径与风速成反比。泄漏孔径为25 mm的泄漏场景,易燃易爆区临界距离、喷射火辐射死亡区半径、爆炸超压50 kPa对应超压半径分别是5 mm场景的10、7、8倍;泄漏孔径为100 mm的泄漏场景,易燃易爆临界距离、喷射火辐射死亡区半径、爆炸超压50 kPa对应超压半径分别是5 mm场景的37、21、33倍。

LNG泄漏后高倍泡沫控制蒸气扩散的研究综述

LNG(液化天然气)泄漏后存在低温危害、火灾爆炸、窒息危害、快速相变危害等安全隐患。在工程应用中,高倍泡沫系统对事故应急处置有较好效果。高倍泡沫覆盖到低温液池后,在与液池交界面处形成冰层和水合物,抑制低温蒸气扩散,同时上层泡沫可加热逸散出的低温蒸气,避免低温重气效应造成的危害。分别从现场实验、风洞实验、数值模拟3个方面总结了国内外有关高倍泡沫控制LNG低温蒸气扩散所开展的研究,对LNG泄漏后高倍泡沫控制低温蒸气扩散机理进行了阐述。研究发现,现有对高倍泡沫覆盖LNG液池的研究与实际工况存在较大差距,所获数据参考价值较低,且缺少高倍泡沫应用的相关准则。因此,开展与实际工况相近的LNG现场实验,并进一步探究提升高倍泡沫控制低温蒸气扩散的方法,对实际工程应用具有重要的现实意义。

LNG超压泄露模拟计算及分析

通过研究LNG的低温、着火和爆炸特性,BOG的蒸发、翻滚和快速相变特性,探究LNG超压泄露产生的原理。通过给定的损失判断标准,进行LNG泄露、爆炸、喷射火的模拟计算及分析。发现严格按照设计规范和LNG安全标准进行设计,在设计上能够发现潜在的安全隐患,提出保障安全的相应措施。

基于CFD的液氢和LNG泄漏事故后果对比

为研究低温液氢储存中的泄漏问题,通过FLACS软件分别模拟液氢和LNG在相同状态下发生泄漏后,扩散和火灾的影响范围和事故后果并加以对比。研究结果表明:与LNG相比,相同泄漏量条件下,液氢泄漏后可燃氢气在地面聚集的可能性小、液氢喷射火的热辐射影响范围偏小;相同液池条件下,氢气的可燃范围比天然气大得多。研究结果可为液氢储存安全标准编制奠定理论基础,为液氢泄漏事故的应急处理提供指导。

港口专用LNG罐箱堆场堆存区平面设计

按常规危险货物集装箱布置形式,堆存期间LNG罐箱泄漏点火燃烧产生的强烈热辐射易导致相邻LNG罐箱结构破坏乃至发生连锁事故。文中采用国际通用事故后果分析软件PHAST对堆存期LNG罐箱典型泄漏场景进行火灾事故后果模拟,详细分析按常规危险货物集装箱布置存在的风险,创新提出LNG罐箱罐组概念,并由此构建专用LNG罐箱堆场堆存区平面设计方案。该方案能将堆存期LNG罐箱典型泄漏场景火灾热辐射影响控制在罐组范围内,避免相邻罐组连锁干扰,最终提高堆存区整体安全水平。研究成果已应用于具体工程,具有较高的参考价值。

LNG垂直喷射源连续泄漏扩散的模拟

对液化天然气(LNG)扩散的物理过程进行了理论分析。针对垂直喷射源连续泄漏扩散特点,将液化天然气扩散过程分为重气扩散与被动扩散两个阶段。结合烟羽抬升计算,在两个阶段分别采用SLAB稳态烟羽模型与高斯烟羽模型,建立了液化天然气扩散过程数学模型。研究了垂直喷射源泄漏形式和不同环境条件下的扩散情形。对液化天然气泄漏后混合云团扩散形成的浓度场、温度场和其他特征参数进行了模拟。得到重气扩散阶段随下风向距离增大,扩散云团高度、宽度、温度、密度、云团中液化天然气蒸气含量、水含量的变化规律,被动扩散阶段云团中液化天然气质量分数的变化情况。可以为事故危害范围的测定、事故后人员的疏通和补救工作的指导提供帮助。

LNG泄漏事故后果模拟与定量风险评估

在详细分析了LNG的危险特性后全面系统地总结了LNG低温储罐的潜在火灾、爆炸主要危险事件;并在此基础上,应用挪威DNV公司的SAFETI定量风险评价软件对某LNG站低温储罐泄漏导致的各主要事故类型(喷射火、闪火、沸腾液体扩展蒸气爆炸和蒸气云爆炸等)进行了详细的后果模拟与定量风险评估,通过构建科学的、针对性强的事故模型,对各类事故后果及其风险水平进行了模拟计算,取得了较真实反映事故危害特性的计算机图表、报告等评价结果,对采取有效措施提高我国LNG的安全管理水平及降低事故风险具有重要的工程应用价值。

基于贝叶斯网络的LNG储罐泄漏事故树改进研究

通过对LNG储罐泄漏事故树模型进行分析,得到LNG储罐泄漏事故树的最小割集与结构重要度,确定了LNG储罐泄漏失效系统中的薄弱环节。同时由于LNG储罐的泄漏原因复杂性,而事故树中事件只有正常和失效两态,与工程实际不相符,使得事故树在应用于LNG储罐泄漏原因分析中受到了限制。为了能够提高LNG储罐安全失效分析的准确性,通过贝叶斯网络对LNG储罐事故树的二态性进行了修正。结果表明,修正后的贝叶斯网络模型更加符合工程实际。

LNG泄漏危害及水幕紧急处理技术

液化天然气(LNG)正在越来越大量和越来越广泛地被使用,这导致了LNG在生产、运输和使用等环节发生火灾和爆炸的潜在危险性增加。目前,喷射水幕被广泛认为是最有效且最具前景应用的控制和降低LNG泄漏蒸气云危害的技术。LNG的泄漏危害、泄漏特征、泄漏检测以及利用水幕紧急处理事故等被介绍。

1.5m^3独立C型LNG储罐蒸发率简化算法

提出一种考虑罐壁、垫木、管路、绝热层等漏热因素的1.5m3独立C型LNG储罐蒸发率的简化计算数值模型,验证了各漏热因素的独立性,建立了计算体系,统计回归蒸发率与环境温度之间的关系,提出简化的计算公式.将罐体温度场参数化、将漏热因素简化并参数化,使用有限元方法对罐体的温度场进行数值模拟,得到罐体漏热量.比较罐壁、垫木、管路、绝热层等对蒸发率的影响,分析得出各漏热因素温度场在工程设计情况下不会产生叠加效应这一结论.罐壁对蒸发率影响较大,垫木、管路影响较小.结果表明,该算法可快速有效预报1.5m3独立C型LNG储罐蒸发率,减少建模计算流程,在LNG储罐方案总体设计阶段有着较高的实用价值.

LNG燃料船采用槽车加注的定量风险评估

在LNG燃料船的试点阶段,普遍采用槽车为其加注LNG燃料。为有效评估LNG槽车在码头加注作业的风险,特选定一艘LNG燃料拖轮,对其在加注过程中的风险进行了评估:①结合实际加注系统和作业条件,辨识出加注过程中的主要风险源,并对LNG泄漏后的灾害进行事件树分析,列出危险场景的发生概率和死亡概率;②收集加注码头的历史水文资料,利用伯努利方程计算LNG持续泄漏速率;③采用三维计算流体力学软件FLACS进行泄漏后果模拟,包括低温重气扩散和火灾,计算出各种危险场景的个人风险值。根据个人风险接受准则的评判,LNG燃料拖轮在码头采用槽车加注作业的个人风险值基本上处于可接受的范围,但在加注过程中应注意以下危险源:①加注作业的最小安全间距为89 m,在该范围内应避免着火源存在;②集液盘池火的波及范围为13 m,在该范围内尽量减少人员逗留;③加注过程中软管、阀件和接头等部件易发生破裂,应加强安全防范措施。

低温下LNG储罐混凝土外罐的静力性能分析

以160 000 m3液化天然气LNG储罐混凝土外罐为研究对象,借助ANSYS有限元,针对LNG低温液体发生泄漏时,在低温作用下的受力与变形性能展开模拟研究,获得了稳态对流换热条件下的温度场及其温度应力分布.采用热-固耦合分析方法,将低温液体作用下的混凝土外罐罐壁处的温度应力与其他静力荷载作用下的内力进行了不同工况下的内力组合,确定了结构的最不利内力包络图,并以此为依据对LNG储罐混凝土外罐罐壁进行了预应力钢筋的配筋计算与布置.研究结果表明:低温液体下产生的温度应力使LNG储罐混凝土外罐发生整体向内收缩变形的趋势;罐内液体压力对结构内力及变形起主导作用;满液位泄露时LNG储罐混凝土外罐的薄弱部位位于距底板约10 m高度处.