LNG鐵路運(yùn)輸過(guò)程中泄漏事故分析

摘 要：通過(guò)對(duì)鐵路運(yùn)輸LNG所使用的40英尺罐式集裝箱泄漏事故進(jìn)行了模擬計(jì)算。并設(shè)定了泄漏條件計(jì)算事故泄漏速率和泄漏時(shí)間。最后根據(jù)池火災(zāi)計(jì)算模型模擬計(jì)算了完全泄漏事故下發(fā)生火災(zāi)所產(chǎn)生的火焰高度及釋放輻射能量。

關(guān)鍵詞：液化天然氣；鐵路運(yùn)輸；泄漏；事故；火災(zāi)

1 前言[1-2]

天然氣具有高熱值、高氫碳比的特性，用作燃料與其它化石燃料相比較，具有較低的環(huán)境污染和較高效率。天然氣在常溫下為氣體，不便于貯存和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，開(kāi)采出來(lái)后通常經(jīng)過(guò)三脫（脫水、脫硫和脫酸性氣體）凈化處理后，采取先進(jìn)的膨脹制冷工藝或外部冷源，使甲烷變?yōu)?162℃的低溫液體，即液化天然氣（LNG）。LNG的體積約為其氣態(tài)體積的1/600，大大提高了天然氣的運(yùn)輸和存儲(chǔ)效率，同時(shí)減少了燃燒排放的煙氣對(duì)大氣環(huán)境的污染。本次主要討論液化天然氣在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中所產(chǎn)生的泄露事故，并對(duì)事故原因及后果進(jìn)行分析，為鐵路運(yùn)輸過(guò)程中的應(yīng)急預(yù)案編制、事故防范等提供依據(jù)。

2 LNG的鐵路運(yùn)輸

LNG的鐵路運(yùn)輸在日本等國(guó)已經(jīng)有了較長(zhǎng)的運(yùn)用歷史，而在我國(guó)鐵路運(yùn)輸中僅剛起步，正在進(jìn)行探索式的發(fā)展。新疆廣匯鄯善LNG鐵路專用線是我國(guó)第一條LNG鐵路運(yùn)輸?shù)膶Ｓ镁€路，已經(jīng)成功開(kāi)通運(yùn)行。目前，鐵路部門也在積極的開(kāi)展青藏鐵路運(yùn)輸LNG項(xiàng)目的可行性研究及調(diào)研工作。

鐵路運(yùn)輸具有運(yùn)輸規(guī)模調(diào)節(jié)范圍大、輸送距離遠(yuǎn)、地域輻射面廣等多種優(yōu)勢(shì)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，鐵路運(yùn)輸LNG將會(huì)成為我國(guó)今后LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，一種重要的戰(zhàn)略運(yùn)輸方式。

據(jù)目前鐵路運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)來(lái)看，我國(guó)鐵路運(yùn)輸LNG主要采用40英尺罐式集裝箱裝運(yùn)。

3 LNG泄漏造成的危害

根據(jù)液化天然氣的物理性質(zhì)，認(rèn)為液化天然氣泄漏到空氣中后主要會(huì)發(fā)生燃燒爆炸、低溫液體、鋼結(jié)構(gòu)變脆和斷裂、快速相變等幾種危害現(xiàn)象。其危害主要有低溫危害和窒息危害[3]。

4 LNG泄漏事故后果模擬[4]

文章以單個(gè)40英尺罐式集裝箱為例，該類型罐式集裝箱最大充裝質(zhì)量16500kg，罐內(nèi)液體溫度-162℃。液化天然氣屬于低溫液體，泄漏后在無(wú)明火的環(huán)境中會(huì)形成液池，迅速吸收環(huán)境熱量汽化蒸發(fā)，泄漏速度和泄漏時(shí)間決定泄漏后果的嚴(yán)重程度。此時(shí)直接蒸發(fā)的液體分?jǐn)?shù)為：

式中：CP-定壓比熱，J/（kg·K）；T-泄漏前的溫度，K；TC-常壓下液體沸點(diǎn)，K；H-汽化熱，J/kg。

在液體泄漏后出現(xiàn)兩相流動(dòng)現(xiàn)象，但F值過(guò)小，此時(shí)泄漏可近似看做液體泄漏，因此，泄漏速率可按以下公式計(jì)算：

式中：QO-液體的泄漏速度，kg/s；Cd-液體的泄漏系數(shù)；A-裂口的面積，m2；ρ-泄漏液體的密度，kg/m3；P-容器內(nèi)介質(zhì)的壓力，MPa；PO-環(huán)境壓力，MPa；G-重力加速度，取9.8m/s2；h-裂口之上的液位高度，m。

根據(jù)儲(chǔ)罐的數(shù)據(jù)和液化天然氣的相關(guān)性質(zhì)及查閱液體泄漏系數(shù)表，并假設(shè)泄漏裂口為不規(guī)則形狀可知：燃燒熱為5.6×107J/kg；Cd=0.65；A=0.2m2；ρ=400kg/m3；P=0.7MPa，PO=0.1MPa，h=1.25m。代入公式（2）可得：

假設(shè)罐內(nèi)介質(zhì)完全泄漏，泄漏量為16500kg，泄漏半徑r=1000m，則泄漏時(shí)間t可根據(jù)以下公式計(jì)算：

式中：r-液池半徑，m；m-泄漏的液體量，16500kg；G-重力加速度，9.8m/s2；P-設(shè)備中液體壓力，MPa；t-泄漏時(shí)間，s。

則所需時(shí)間

5 池火事故模擬

LNG泄漏后會(huì)形成液池，如在泄漏后遇見(jiàn)明火等引燃因素，就會(huì)形成池火。此時(shí)燃燒速度可表示為：

式中：dm/dt-單位表面積燃燒速度，kg/（m2·s）；Hc-液體燃燒熱，J/kg；H-液體的汽化熱，J/kg。

其中液化天然氣的汽化熱為122×103J/kg，代入公式（4） 可算出：

假定液池為半徑100m的圓池子，其火焰高度的計(jì)算方法為：

式中：h-火焰高度，m；r-液池半徑，m；ρo-周圍空氣密度，kg/m3；g-重力加速度，9.8m/s2；dm/dt-單位表面積燃燒速度，kg/（m2·s）。

空氣密度按0.1MPa，25℃下的數(shù)值1.169kg/m3計(jì)算，則：

則該液池燃燒所釋放出的總輻射量為：

式中：Q-總熱輻射通量，W；dm/dt-單位表面積燃燒速度，kg/（m2·s）；r-液池半徑，m；h-火焰高度，m；Hc-液體燃燒熱，J/kg；η-效率因子，可取 0.13～0.35。

取最小效率因子計(jì)算可得：

Q=249×108（W）

6 結(jié)束語(yǔ)

液化天然氣在發(fā)生泄漏時(shí)主要會(huì)造成低溫傷害、窒息等危險(xiǎn)。文章以鐵路運(yùn)輸液化天然氣采用的罐式集裝箱為例，通過(guò)模擬計(jì)算了在運(yùn)輸過(guò)程中如發(fā)生泄漏事故對(duì)周圍環(huán)境造成的影響。并假設(shè)發(fā)生火災(zāi)，計(jì)算了火焰高度及對(duì)環(huán)境釋放的總能量，為鐵路運(yùn)輸液化天然氣的應(yīng)急預(yù)案編制、事故防范提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]杜光能.LNG終端接收站工藝及設(shè)備[J].天然氣工業(yè)，1999，19（5）：82-86.

[2]Kumar S. Design and construction of above ground tanks[J].Hydrocarbon Asia，2001，11（5）： 50-54.

[3]劉芳文，韓保新，顏文.城市天然氣工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2006，6（5）：91-95.

[4]王強(qiáng)，楊眉.LNG儲(chǔ)罐泄漏事故后果分析[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，15（2）：72-75.

作者簡(jiǎn)介：伍浩珉（1986-），男，四川省西昌市人，助理工程師 工學(xué)碩士。