在LNG场站选址时，需要远离居民区，以保证人民生命财产安全，因此，场站与居民区之间的距离是重要的考虑因素。LNG在泄漏过程中，自泄漏源开始，气体浓度逐渐被稀释，当其体积浓度在5%～15%范围内(即甲烷的爆炸极限内)，存在发生火灾或者爆炸的可能性。为了确保间隔距离划定的可靠性，相关标准(如NFPA59A)，规定其下风向体积浓度为2.5%处的距离为安全距离^[4]。以Burro系列5号实验为例(以下简称B5)，其下风向上体积浓度的等浓度线见图1，可以看出下风向体积浓度5%和2.5%的最大距离差约为110m。以下用所建的计算模型，对气体扩散过程和安全距离的影响因素进行分析。

 

    环境风速是衡量大气湍流程度的一个必不可少的条件，在LNG重气扩散过程中，风速对云团下风向的运动速率，云团浓度稀释，空气卷吸以及云团加热等过程有着重要的影响，进而影响安全距离的大小。大气稳定度是用于衡量大气湍流程度的一种半定量方法，常用的大气稳定度分类采用帕斯圭尔(Pasquill)方法^[6]，将气象条件分为6种稳定度等级，即A、B、C、D、E、F，可依次定性为极不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、弱稳定、稳定。

    图2示出B5条件下，大气稳定度及风速对气体扩散距离的影响。在同一稳定度等级时，随着风速增大(风速大于2m/s)，安全距离随之减小。原因在于风速越大，大气湍流对云团稀释越迅速，同时重气效应减弱也越快。随着大气条件趋于稳定时，安全距离随之增加。而在大气条件不稳定时，大气卷吸增强会加速云团浓度稀释，造成扩散距离减小。对于连续泄漏扩散，当风速较小且大气环境趋于稳定时，安全隐患较大。

 

    在给定风速条件下，随着泄漏速率增加，下风向的安全距离也随之增大(如图3所示)。泄漏速率大小是影响稳态重气扩散安全距离的决定因素。

 

    LNG储罐周围通常要设计围堰，以防止储罐发生泄漏时，液体四处流淌蔓延，若发生火灾，还可以防止火焰蔓延到周边地区^[4]。LNG泄漏到围堰内，会迅速蒸发气化，形成以围堰为二次源的蒸气云团扩散。图4给出下风向安全距离随着围堰直径和泄漏速率的变化。当围堰尺寸较小时，以围堰为二次源云团的范围也较小，有限的蒸发气受大气湍流影响，其浓度较快稀释，安全距离较小；当围堰尺寸过于增大时，二次源云团的天然气浓度较低，其下风向扩散距离不再增加，反而略有减少。

 

    此外，LNG泄漏表面(水面或地面影响蒸发速率)、空气湿度^[7](气溶胶的影响)、下风向的地形结构等因素也会对重气扩散过程产生很大影响^[8～9]，如果地形结构复杂，障碍物较多，风场的风速分布将会发生变化，在障碍物的背风面，会产生低压回流，使得在小范围内云团浓度增大。

    所建立的LNG泄漏气体扩散模型计算方法，经过实验验证，其平均偏差为24.28%，并较准确地体现了重气扩散过程中云团内部特性的变化规律。对于稳态LNG气体扩散，当风速大于2m/s时，随着风速的增加，安全距离是逐渐减小的；对于较小风速(小于2m/s)时，该稳态模型将不再适用。泄漏速率增大使安全距离几乎成比例增大，是影响安全距离最重要因素之一。对于给定的LNG泄漏率，围堰尺寸变化对安全距离的影响会呈现出一个弱峰，之后安全距离会随围堰尺寸的增加而略有减小。

    本文计算主要反映了LNG大规模持续泄漏的状况，建立的LNG气体扩散模型计算方法可供工程上LNG泄漏扩散安全距离的分析和评估采用。

    B_EFF为云团有效半宽度，m；c为云团浓度，kg/m³；c_c为地表中心线浓度，kg/m³；C_p为云团定压比热，J/(kg·K)；C_pa为空气定压比热，J/(kg·K)；E为泄漏源强度，kg/s；h₀为传热系数，J/(m²·K)；H_EFF为有效云团高度，m；k为卡门系数，0.35；R_i′*为理查森数；u₀为环境风速，m/s；U_EFF为云团移动速度，m/s；u_x为竖直方向风速分布，m/s；w为竖直方向湍流速度，m/s；w_e′为竖直方向空气卷吸速度，m/s；x为下风向中心线距离，m；y为侧风向距离，m；z为竖直方向高度，m；z₀为环境风速测量高度，m；α为竖直方向风速分布指数；β为水平扩散参数系数；δ为水平扩散参数系数(与大气稳定度相关)；ρ_a为环境空气密度，kg/m³。

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