应急消防科普丨LNG槽车事故场景可视化后果动态预测分析一张图

LNG槽车事故场景可视化后果动态预测分析一张图

LNG主要成分为甲烷，无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45%左右。LNG是天然气经压缩、冷却至其凝点（-161.5℃）温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内，用专用船或油罐车运输，使用时重新气化。

LNG槽车作为LNG陆地运输的最主要的工具，我国使用的液化天然气槽车主要有两种形式：LNG半挂式运输槽车和LNG集装箱式罐车。通过公路槽车或罐式集装箱车将LNG从气源地运抵用气城市LNG供气站后，利用槽车上的空温式升压气化器将槽车储罐升压到0.6MPa(或通过站内设置的卸车增压气化器对罐式集装箱车进行升压)。同时将储罐压力降至约0.4MPa，使槽车与LNG储罐间形成约0.2MPa的压差，利用此压差将槽车中的LNG卸入供气站储罐内。卸车结束时，通过卸车台气相管线回收槽车中的天然气。

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典型事故

槽车运输过程中按事故发生形式分为未泄漏、泄漏和着火爆炸三类事故。

（1）未泄漏事故

指槽车受损未泄漏和倾翻受损未泄漏两种事故类型。由于罐体受到损伤，其耐压性能降低，任何偶然因素都可能造成罐体超过设计压力，造成大规模的瞬间泄漏。

（2）泄漏事故

指槽车因撞击、摩擦等原因受损泄漏、倾翻、坠落等原因导致受损泄漏事故。由于事故罐体发生泄漏，根据泄漏相态不同，与空气形成爆炸蒸气云或蒸气-液滴气云。如2019年8月21日，包茂高速邻水牟家服务区出口往重庆方向，G65-1472km处，一辆大货车与一辆LNG槽车发生追尾事故，导致LNG槽车内装有21吨LNG发生泄漏。事故经过16小时奋力排险，把事故储罐液体全部导入目标槽车，现场未发生燃爆事故，如图1所示。

图1 包茂高速邻水牟家服务区LNG槽车追尾事故

（3）泄漏燃烧爆炸事故

指槽车受损、倾翻导致泄漏燃烧、爆炸的事故。常见情况包括：一是由于轮胎起火引发操作箱阀门失效发生泄漏，物料在热辐射的影响下发生燃烧或爆炸；二是罐体由于受热易发生热失效，沸腾液体迅速蒸发扩散发生蒸气云爆炸，产生火球。发生爆炸时，由于泄漏物动量未完全损失，因此风力对爆炸影响较小，爆炸的破坏范围主要与载液量有关，通过冲击波和火球对周边人员、建筑物造成伤害与破坏。如2018年11月14日，大连市西岗区森林动物园二期南门附近2台LNG槽车（总载量10吨）在为出租车充气时泄漏发生爆炸起火，如图2所示。爆炸后导致附近一废弃厂房外墙体和废品收购站两台废品收购车起火，经过紧急扑救火势得到控制，现场无人员伤亡。

图2 大连市西岗区森林动物园二期南门附近LNG槽车泄漏发生爆炸起火事故

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典型事故场景模拟计算

2020年应急管理部天津消防研究所基科费项目《危化品燃爆事故反演与巨灾风险防控技术研究》以天津市某工业园区为应用试点，模拟计算典型中尺度孔径泄漏，利用计算流体力学模拟软件FLACS对LNG装卸区和道路运输区域泄漏和爆炸场景进行了模拟计算。现场三维地图和FLACS内三维几何模型如图3、图4所示。

图3 三维地图

图4 FLACS三维几何模型

选择其中较为典型的中孔泄漏场景进行详细分析说明，中孔泄漏场景参数如下：LNG组分为甲烷，发生事故地区环境温度为20℃，风速为5m/s，风向为北风。以72.59kg/s的泄漏速率，泄漏时间为60s，共泄漏燃料为4355kg，其中气化部分为268kg。LNG气化后与空气混合形成蒸气云，第60s在槽车附近引燃蒸气云，发生蒸气云爆炸。

中孔泄漏场景LNG体积分数云图如以下视频所示。

中孔泄漏爆炸火焰传播云图如以下视频所示。

中孔泄漏爆炸场景中距离起火点不同距离处爆炸超压情况，如图5所示，MP2-MP9距离起火点距离分别为10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m。

图5 中孔泄漏爆炸场景中距离起火点不同距离处爆炸超压情况

LNG泄漏后，泄漏方向与风向一直，向地图所示的下方进行泄漏，LNG一边沿地面扩散，一边气化与空气混合形成蒸气云。泄漏初期受到初始动量的影响，泄漏中后期初始动量降低，主要受到主导风向的影响。通过观察爆炸超压情况可以发现，爆炸超压最高处出现在距离起火点30m处，最大爆炸超压为6kPa。主要是由于其经过一片茂密的树林，其构成了高阻塞区域，根据TNO多能法可以得知，当阻塞率升高后，燃烧产物膨胀导致气体流速增加，随着雷诺数的增大，气体流动从层流变为湍流流动，促使火焰阵面的拉伸和不稳定褶皱，增大火焰阵面的面积和加速火焰燃烧速率，导致爆炸波增强；同时爆炸波强烈的压缩作用使得未燃气云温度压力升高，增强湍流并最终导致爆炸事故后果升级。在最大爆炸压力的条件下，建筑物会受到轻度破坏，门窗玻璃破损，爆炸冲击波会掀翻道路上行驶的其他槽车，造成LNG槽车的二次泄漏和燃烧爆炸，导致事故破坏程度进一步升级。

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LNG槽车事故场景可视化后果动态预测分析一张图

应急管理部天津消防研究所致力于化工园区巨灾事故风险防控技术及应用研究，基于风险分析和情景构建技术，结合地域时空特征、气体条件和园区消防救援能力等因素，确定多灾种巨灾风险触发因素、预警和分级判定指标及风险评估模型和典型巨灾事故影响范围和后果损坏程度的模拟预测方法。基于综合风险分析和巨灾情景构建技术，建立可视化后果动态预测分析一张图，确定巨灾事故后果严重度等级分布。将FLACS对LNG槽车泄漏爆炸事故场景结算结果加载到GIS地图中，可以实现对周围建构筑物、环境因素和泄漏条件等因素影响下的泄漏爆炸场景的可视化，为事故的应急处置和现场指挥调度提供科学依据和指导建议，最终实现可视化后果动态预测分析一张图，如下方视频所示。该成果可应用于城市整体或石油化工园区等局部区域的消防应急预案的制定和可视化。

总策划：肖磊

制作：任常兴、王玥

编辑：宋文琦、张琰

审核：王珺

出品：应急管理部天津消防研究所