基于FLACS的液化天然气储罐泄漏事故数值模拟研究

化工储罐区储放的通常为易燃、易爆、有毒物质，一旦发生泄漏，造成中毒、火灾或爆炸等事故，就会造成严重的人员伤亡和财产损失，其安全工作特别重要，开展化工贮罐区的安全评价工作日益为人们所重视。这些重大事故都是由于管理不当、人为疏忽或设备失常所导致。在近30年来石化行业最重大的100起事故之中，根据事故的起因来划分，设备故障及人为操作不当分别占第一、二位；而根据事故的种类来划分，气体泄漏造成的爆炸与火灾分别占第一、二位。

目前，为了工程的安全及减少气体泄漏后发生事故的风险，一般采用一些传统的事故后果预测方法，如泄漏、火灾、爆炸以及中毒等数学模型，对其进行后果分析和评价，以减少风险。为了使得分析、评价更加简便、直观和准确，本案例介绍了一种新型的后果预测工具FLACS，用来对液化天然气储罐泄漏事故进行了数值模拟，起到了良好的效果。

1.  泄漏模拟
本文假定液化天然气储罐位于坐标轴x=200.0m, Y=200.0m处，内径30.68m，高56m。圆形防护堤距中心坐标轴67.65m，厚0.85m，高8.4m。事故池在圆形防护堤的内部。在本文的模拟中，风向沿正Y轴方向。事故池相对风向的位置有两种，一种是平行于风向的位置，第二种是与风向成450夹角。整个储罐区的位置布置如图1所示。两种情况下事故池的相对位置分别如图2～图3所示。

计算区域为x=－50m～x=200.0m；Y=0m～Y=700.0m；Z=0m～200m。

 图1 储罐区位置布置图

图2 事故池与风向平行的情况，注：风向沿正Y轴方向

图3 事故池与风向呈450夹角的情况

典型的液化天然气成分组成为85%～95%的甲烷，7%～10%的乙烷，0%～2%的丙烷，0%～1%的丁烷以及0%～1%异丁烯，因此，甲烷是液化天然气的主要组成成分。由于现有FLACS软件对储罐泄漏蒸发的模拟中只有针对单一气体的模拟，因此在本文中对液化天然气储罐的模拟中只考虑了一种物质，即甲烷。

2  模拟结果分析   
事故池与风向平行情况下不同时刻蒸汽云3D分布如图4～图5所示。事故池位置与风向呈450情况下不同时刻蒸汽云3D分布如图6～图7所示。大范围泄漏情况下，不同时刻蒸汽云3D分布如图7～图8所示。

图4 事故池位置与风向平行情况下，t=70s时的蒸汽云3D情况图

图5 事故池位置与风向平行情况下，t=140s时的蒸汽云情况3D图

图6 事故池位置与风向呈450情况下，t=130s时的蒸汽云3D情况图

图7 事故池位置与风向呈450情况下，t=300s时的蒸汽云3D情况图

图8 大范围泄漏情况下，t=160s时的蒸汽云情况3D图

图9 大范围泄漏情况下，t=500s时的蒸汽云3D情况图

通过模拟分析可知，风速不是决定易燃范围内天然气泄漏量大小的唯一因素。易燃范围内天然气泄漏量的大小还和风向与事故池的相对位置、事故池大小有关。原因在于风速太大，蒸汽云会随风稀释，不具有燃烧或爆炸性；风速太小，不利于蒸汽云的扩散。事故池越大，蒸发到易燃范围内的液化天然气的量就越大。

在风速相同的情况下，风向不同，也可以理解为事故池与风向的相对位置不同，易燃范围内的天然气泄漏量也不相同。在本文模拟条件下，事故池与风向的相对位置呈450夹角的情况下，易燃范围内的天然气泄漏量要大于事故池与风向的相对位置为平行的情况下的泄漏量。

通过模拟可知，大范围的液化天然气泄漏事故，可造成具有爆炸性的蒸汽云团扩散到防护堤之外。如果在防护堤之外有点火源，则很容易被点燃和爆炸。
3 结论

通过对液化天然气泄漏事故的模拟，得到了其不同时刻易燃范围内泄漏蒸汽云团的扩散云图，并计算出了易燃范围内的蒸汽云团的扩散方向、扩散速度和浓度。通过这些模拟和计算，能够起到以下几个作用：

① 通过模拟所得到的易燃范围内的蒸汽云团的扩散方向、扩散速度和浓度，可优化气体探测器布置，并优化隔离墙或防护堤的布置；

② 在很多时候，这些模拟数据可以用来作为发生事故后人员疏散线路和时间的判定依据；

③ 对于已经发生毒气泄漏或爆炸的建筑，也可以通过这种模拟，反推出事故发生的过程，从而得出可靠的结论，并找出事故隐患。

因此，这种模拟研究，在事故预防、安全评价以及事故后果分析中能起到良好的效果，为其提供理论依据，更好地预防和减少事故的发生。