LNG铁路运输过程中泄漏事故分析

摘 要：通过对铁路运输LNG所使用的40英尺罐式集装箱泄漏事故进行了模拟计算。并设定了泄漏条件计算事故泄漏速率和泄漏时间。最后根据池火灾计算模型模拟计算了完全泄漏事故下发生火灾所产生的火焰高度及释放辐射能量。

关键词：液化天然气；铁路运输；泄漏；事故；火灾

1 前言[1-2]

天然气具有高热值、高氢碳比的特性，用作燃料与其它化石燃料相比较，具有较低的环境污染和较高效率。天然气在常温下为气体，不便于贮存和远距离运输，开采出来后通常经过三脱（脱水、脱硫和脱酸性气体）净化处理后，采取先进的膨胀制冷工艺或外部冷源，使甲烷变为-162℃的低温液体，即液化天然气（LNG）。LNG的体积约为其气态体积的1/600，大大提高了天然气的运输和存储效率，同时减少了燃烧排放的烟气对大气环境的污染。本次主要讨论液化天然气在铁路运输过程中所产生的泄露事故，并对事故原因及后果进行分析，为铁路运输过程中的应急预案编制、事故防范等提供依据。

2 LNG的铁路运输

LNG的铁路运输在日本等国已经有了较长的运用历史，而在我国铁路运输中仅刚起步，正在进行探索式的发展。新疆广汇鄯善LNG铁路专用线是我国第一条LNG铁路运输的专用线路，已经成功开通运行。目前，铁路部门也在积极的开展青藏铁路运输LNG项目的可行性研究及调研工作。

铁路运输具有运输规模调节范围大、输送距离远、地域辐射面广等多种优势。可以预见，铁路运输LNG将会成为我国今后LNG产业发展中一个重要环节，一种重要的战略运输方式。

据目前铁路运输实验来看，我国铁路运输LNG主要采用40英尺罐式集装箱装运。

3 LNG泄漏造成的危害

根据液化天然气的物理性质，认为液化天然气泄漏到空气中后主要会发生燃烧爆炸、低温液体、钢结构变脆和断裂、快速相变等几种危害现象。其危害主要有低温危害和窒息危害[3]。

4 LNG泄漏事故后果模拟[4]

文章以单个40英尺罐式集装箱为例，该类型罐式集装箱最大充装质量16500kg，罐内液体温度-162℃。液化天然气属于低温液体，泄漏后在无明火的环境中会形成液池，迅速吸收环境热量汽化蒸发，泄漏速度和泄漏时间决定泄漏后果的严重程度。此时直接蒸发的液体分数为：

式中：CP-定压比热，J/（kg·K）；T-泄漏前的温度，K；TC-常压下液体沸点，K；H-汽化热，J/kg。

在液体泄漏后出现两相流动现象，但F值过小，此时泄漏可近似看做液体泄漏，因此，泄漏速率可按以下公式计算：

式中：QO-液体的泄漏速度，kg/s；Cd-液体的泄漏系数；A-裂口的面积，m2；ρ-泄漏液体的密度，kg/m3；P-容器内介质的压力，MPa；PO-环境压力，MPa；G-重力加速度，取9.8m/s2；h-裂口之上的液位高度，m。

根据储罐的数据和液化天然气的相关性质及查阅液体泄漏系数表，并假设泄漏裂口为不规则形状可知：燃烧热为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：

假设罐内介质完全泄漏，泄漏量为16500kg，泄漏半径r=1000m，则泄漏时间t可根据以下公式计算：

式中：r-液池半径，m；m-泄漏的液体量，16500kg；G-重力加速度，9.8m/s2；P-设备中液体压力，MPa；t-泄漏时间，s。

则所需时间

5 池火事故模拟

LNG泄漏后会形成液池，如在泄漏后遇见明火等引燃因素，就会形成池火。此时燃烧速度可表示为：

式中：dm/dt-单位表面积燃烧速度，kg/（m2·s）；Hc-液体燃烧热，J/kg；H-液体的汽化热，J/kg。

其中液化天然气的汽化热为122×103J/kg，代入公式（4） 可算出：

假定液池为半径100m的圆池子，其火焰高度的计算方法为：

式中：h-火焰高度，m；r-液池半径，m；ρo-周围空气密度，kg/m3；g-重力加速度，9.8m/s2；dm/dt-单位表面积燃烧速度，kg/（m2·s）。

空气密度按0.1MPa，25℃下的数值1.169kg/m3计算，则：

则该液池燃烧所释放出的总辐射量为：

式中：Q-总热辐射通量，W；dm/dt-单位表面积燃烧速度，kg/（m2·s）；r-液池半径，m；h-火焰高度，m；Hc-液体燃烧热，J/kg；η-效率因子，可取 0.13～0.35。

取最小效率因子计算可得：

Q=249×108（W）

6 结束语

液化天然气在发生泄漏时主要会造成低温伤害、窒息等危险。文章以铁路运输液化天然气采用的罐式集装箱为例，通过模拟计算了在运输过程中如发生泄漏事故对周围环境造成的影响。并假设发生火灾，计算了火焰高度及对环境释放的总能量，为铁路运输液化天然气的应急预案编制、事故防范提供理论依据。

参考文献

[1]杜光能.LNG终端接收站工艺及设备[J].天然气工业，1999，19（5）：82-86.

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

[3]刘芳文，韩保新，颜文.城市天然气工程环境风险评价[J].安全与环境学报，2006，6（5）：91-95.

[4]王强，杨眉.LNG储罐泄漏事故后果分析[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2013，15（2）：72-75.

作者简介：伍浩珉（1986-），男，四川省西昌市人，助理工程师 工学硕士。