??? 在LNG場站選址時，需要遠離居民區(qū)，以保證人民生命財產(chǎn)安全，因此，場站與居民區(qū)之間的距離是重要的考慮因素。LNG在泄漏過程中，自泄漏源開始，氣體濃度逐漸被稀釋，當其體積濃度在5%～15%范圍內(即甲烷的爆炸極限內)，存在發(fā)生火災或者爆炸的可能性。為了確保間隔距離劃定的可靠性，相關標準(如NFPA59A)，規(guī)定其下風向體積濃度為2.5%處的距離為安全距離^[4]。以Burro系列5號實驗為例(以下簡稱B5)，其下風向上體積濃度的等濃度線見圖1，可以看出下風向體積濃度5%和2.5%的最大距離差約為110m。以下用所建的計算模型，對氣體擴散過程和安全距離的影響因素進行分析。

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??? 環(huán)境風速是衡量大氣湍流程度的一個必不可少的條件，在LNG重氣擴散過程中，風速對云團下風向的運動速率，云團濃度稀釋，空氣卷吸以及云團加熱等過程有著重要的影響，進而影響安全距離的大小。大氣穩(wěn)定度是用于衡量大氣湍流程度的一種半定量方法，常用的大氣穩(wěn)定度分類采用帕斯圭爾(Pasquill)方法^[6]，將氣象條件分為6種穩(wěn)定度等級，即A、B、C、D、E、F，可依次定性為極不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、弱不穩(wěn)定、中性、弱穩(wěn)定、穩(wěn)定。

??? 圖2示出B5條件下，大氣穩(wěn)定度及風速對氣體擴散距離的影響。在同一穩(wěn)定度等級時，隨著風速增大(風速大于2m/s)，安全距離隨之減小。原因在于風速越大，大氣湍流對云團稀釋越迅速，同時重氣效應減弱也越快。隨著大氣條件趨于穩(wěn)定時，安全距離隨之增加。而在大氣條件不穩(wěn)定時，大氣卷吸增強會加速云團濃度稀釋，造成擴散距離減小。對于連續(xù)泄漏擴散，當風速較小且大氣環(huán)境趨于穩(wěn)定時，安全隱患較大。

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??? 在給定風速條件下，隨著泄漏速率增加，下風向的安全距離也隨之增大(如圖3所示)。泄漏速率大小是影響穩(wěn)態(tài)重氣擴散安全距離的決定因素。

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??? LNG儲罐周圍通常要設計圍堰，以防止儲罐發(fā)生泄漏時，液體四處流淌蔓延，若發(fā)生火災，還可以防止火焰蔓延到周邊地區(qū)^[4]。LNG泄漏到圍堰內，會迅速蒸發(fā)氣化，形成以圍堰為二次源的蒸氣云團擴散。圖4給出下風向安全距離隨著圍堰直徑和泄漏速率的變化。當圍堰尺寸較小時，以圍堰為二次源云團的范圍也較小，有限的蒸發(fā)氣受大氣湍流影響，其濃度較快稀釋，安全距離較小；當圍堰尺寸過于增大時，二次源云團的天然氣濃度較低，其下風向擴散距離不再增加，反而略有減少。

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??? 此外，LNG泄漏表面(水面或地面影響蒸發(fā)速率)、空氣濕度^[7](氣溶膠的影響)、下風向的地形結構等因素也會對重氣擴散過程產(chǎn)生很大影響^[8～9]，如果地形結構復雜，障礙物較多，風場的風速分布將會發(fā)生變化，在障礙物的背風面，會產(chǎn)生低壓回流，使得在小范圍內云團濃度增大。

??? 所建立的LNG泄漏氣體擴散模型計算方法，經(jīng)過實驗驗證，其平均偏差為24.28%，并較準確地體現(xiàn)了重氣擴散過程中云團內部特性的變化規(guī)律。對于穩(wěn)態(tài)LNG氣體擴散，當風速大于2m/s時，隨著風速的增加，安全距離是逐漸減小的；對于較小風速(小于2m/s)時，該穩(wěn)態(tài)模型將不再適用。泄漏速率增大使安全距離幾乎成比例增大，是影響安全距離最重要因素之一。對于給定的LNG泄漏率，圍堰尺寸變化對安全距離的影響會呈現(xiàn)出一個弱峰，之后安全距離會隨圍堰尺寸的增加而略有減小。

??? 本文計算主要反映了LNG大規(guī)模持續(xù)泄漏的狀況，建立的LNG氣體擴散模型計算方法可供工程上LNG泄漏擴散安全距離的分析和評估采用。

??? B_EFF為云團有效半寬度，m；c為云團濃度，kg/m³；c_c為地表中心線濃度，kg/m³；C_p為云團定壓比熱，J/(kg·K)；C_pa為空氣定壓比熱，J/(kg·K)；E為泄漏源強度，kg/s；h₀為傳熱系數(shù)，J/(m²·K)；H_EFF為有效云團高度，m；k為卡門系數(shù)，0.35；R_i′*為理查森數(shù)；u₀為環(huán)境風速，m/s；U_EFF為云團移動速度，m/s；u_x為豎直方向風速分布，m/s；w為豎直方向湍流速度，m/s；w_e′為豎直方向空氣卷吸速度，m/s；x為下風向中心線距離，m；y為側風向距離，m；z為豎直方向高度，m；z₀為環(huán)境風速測量高度，m；α為豎直方向風速分布指數(shù)；β為水平擴散參數(shù)系數(shù)；δ為水平擴散參數(shù)系數(shù)(與大氣穩(wěn)定度相關)；ρ_a為環(huán)境空氣密度，kg/m³。

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