LNG鐵路運輸過程中泄漏事故分析

摘 要：通過對鐵路運輸LNG所使用的40英尺罐式集裝箱泄漏事故進行了模擬計算。并設定了泄漏條件計算事故泄漏速率和泄漏時間。最后根據池火災計算模型模擬計算了完全泄漏事故下發生火災所產生的火焰高度及釋放輻射能量。

關鍵詞：液化天然氣；鐵路運輸；泄漏；事故；火災

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，不便于貯存和遠距離運輸，開采出來后通常經過三脫（脫水、脫硫和脫酸性氣體）凈化處理后，采取先進的膨脹制冷工藝或外部冷源，使甲烷變為-162℃的低溫液體，即液化天然氣（LNG）。LNG的體積約為其氣態體積的1/600，大大提高了天然氣的運輸和存儲效率，同時減少了燃燒排放的煙氣對大氣環境的污染。本次主要討論液化天然氣在鐵路運輸過程中所產生的泄露事故，并對事故原因及后果進行分析，為鐵路運輸過程中的應急預案編制、事故防范等提供依據。

2 LNG的鐵路運輸

LNG的鐵路運輸在日本等國已經有了較長的運用歷史，而在我國鐵路運輸中僅剛起步，正在進行探索式的發展。新疆廣匯鄯善LNG鐵路專用線是我國第一條LNG鐵路運輸的專用線路，已經成功開通運行。目前，鐵路部門也在積極的開展青藏鐵路運輸LNG項目的可行性研究及調研工作。

鐵路運輸具有運輸規模調節范圍大、輸送距離遠、地域輻射面廣等多種優勢。可以預見，鐵路運輸LNG將會成為我國今后LNG產業發展中一個重要環節，一種重要的戰略運輸方式。

據目前鐵路運輸實驗來看，我國鐵路運輸LNG主要采用40英尺罐式集裝箱裝運。

3 LNG泄漏造成的危害

根據液化天然氣的物理性質，認為液化天然氣泄漏到空氣中后主要會發生燃燒爆炸、低溫液體、鋼結構變脆和斷裂、快速相變等幾種危害現象。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40英尺罐式集裝箱為例，該類型罐式集裝箱最大充裝質量16500kg，罐內液體溫度-162℃。液化天然氣屬于低溫液體，泄漏后在無明火的環境中會形成液池，迅速吸收環境熱量汽化蒸發，泄漏速度和泄漏時間決定泄漏后果的嚴重程度。此時直接蒸發的液體分數為：

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，K；H-汽化熱，J/kg。

在液體泄漏后出現兩相流動現象，但F值過小，此時泄漏可近似看做液體泄漏，因此，泄漏速率可按以下公式計算：

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

根據儲罐的數據和液化天然氣的相關性質及查閱液體泄漏系數表，并假設泄漏裂口為不規則形狀可知：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：

假設罐內介質完全泄漏，泄漏量為16500kg，泄漏半徑r=1000m，則泄漏時間t可根據以下公式計算：

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-設備中液體壓力，MPa；t-泄漏時間，s。

則所需時間

5 池火事故模擬

LNG泄漏后會形成液池，如在泄漏后遇見明火等引燃因素，就會形成池火。此時燃燒速度可表示為：

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℃下的數值1.169kg/m3計算，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。

取最小效率因子計算可得：

Q=249×108（W）

6 結束語

液化天然氣在發生泄漏時主要會造成低溫傷害、窒息等危險。文章以鐵路運輸液化天然氣采用的罐式集裝箱為例，通過模擬計算了在運輸過程中如發生泄漏事故對周圍環境造成的影響。并假設發生火災，計算了火焰高度及對環境釋放的總能量，為鐵路運輸液化天然氣的應急預案編制、事故防范提供理論依據。

參考文獻

[1]杜光能.LNG終端接收站工藝及設備[J].天然氣工業，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.城市天然氣工程環境風險評價[J].安全與環境學報，2006，6（5）：91-95.

[4]王強，楊眉.LNG儲罐泄漏事故后果分析[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2013，15（2）：72-75.

作者簡介：伍浩珉（1986-），男，四川省西昌市人，助理工程師 工學碩士。