液化天然气泄漏扩散及抑制方法

本书针对液化天然气在海上运输过程中可能发生的水下泄漏事故，采用实验探究和理论分析相结合的方法，介绍了液化天然气水下泄漏实验平台，主要研究了不同因素对水下泄漏羽流特征的影响，评估了横风下甲烷浓度的分布特征和扩散距离，采用不同统计模型对蒸气泡直径分布进行表征，建立了液滴加热上升距离的计算模型，研究了在横风下液化天然气水下泄漏扩散及蒸气云燃烧特征，测试了添加纳米颗粒对抑制液化天然气蒸发速率和火焰燃烧的作用效果和机理，为提高水下泄漏事故的应急处理能力和增强消防安全的保障能力提供依据。

张亦翔，油气储运工程专业，目前工作于西安石油大学石油工程学院。主要研究在液化天然气安全领域，开展了液化天然气泄漏扩散、横风下蒸气云火焰燃烧、天然气管道喷射火以及高倍纳米泡沫抑制效果等方面的研究。主持或参与科研基金及企业项目5项，发表学术及会议论文12篇，其中SCI收录4篇。

1引言（1）
1.1LNG泄漏及燃烧特征（3）
1.1.1LNG泄漏形式（3）
1.1.2LNG泄漏特征（4）
1.2LNG池火灾及模型（6）
1.2.1火焰燃烧速度（11）
1.2.2火焰几何形态（13）
1.2.3池火灾热辐射模型（14）
1.3泡沫衰变特征及稳定性影响因素（16）
1.3.1泡沫衰变特征（16）
1.3.2提高泡沫稳定性技术（18）
1.4高倍泡沫抑制LNG研究方法（21）
1.4.1高倍泡沫性能及生成装置（21）
1.4.2高倍泡沫抑制LNG泄漏扩散（24）
1.4.3高倍泡沫抑制LNG池火灾（27）
2LNG水下泄漏扩散特征（31）
2.1实验装置及测试方法（31）
2.1.1LNG水下泄漏实验装置的搭建（31）
2.1.2测量仪表及方法（33）
2.1.3实验数据的不确定度分析（36）
2.2LNG水下泄漏实验（37）
2.2.1泄漏量与泄漏压力变化（37）
2.2.2水下LNG羽流图像特征（40）
2.2.3不同因素对甲烷扩散浓度分布的影响（49）
2.3甲烷蒸气泡尺寸分布特征（54）
2.3.1R-R函数分布模型（54）
2.3.2对数正态分布模型（57）
2.3.3气泡破裂模型（59）
2.3.4低温液体水下释放数学模型（63）
2.4本章小结（69）
3LNG蒸气云燃烧特征（71）
3.1实验装置及测试方法（71）
3.1.1火焰几何形态测试（71）
3.1.2火焰的温度及辐射测试（72）
3.2火焰的几何形态（74）
3.2.1无风时火焰的高度（75）
3.2.2有风时火焰的高度（77）
3.2.3火焰倾角（81）
3.3火焰的温度及热辐射分布（85）
3.3.1火焰温度分布（85）
3.3.2火焰温度场分布（88）
3.3.3火焰的热辐射分布（90）
3.4本章小结（94）
4纳米颗粒提高泡沫稳定性机理（96）
4.1实验材料及测试方法（96）
4.1.1高倍泡沫混合溶液的制备（96）
4.1.2纳米颗粒性质与表征（97）
4.1.3混合溶液的测试方法（98）
4.1.4小尺度泡沫发生装置（100）
4.1.5泡沫性能测试方法（101）
4.2实验结果与讨论（102）
4.2.1纳米颗粒的形貌特征（102）
4.2.2纳米颗粒对泡沫稳定性的影响（104）
4.2.3纳米颗粒对发泡性能的影响（108）
4.2.4纳米颗粒对泡沫尺寸的影响（110）
4.2.5纳米颗粒对液膜厚度的影响（113）
4.2.6纳米颗粒对溶液润湿性的影响（116）
4.2.7纳米颗粒对溶液表面张力的影响（118）
4.2.8纳米颗粒对溶液Zeta电位的影响（119）
4.2.9纳米颗粒对溶液电导率的影响（120）
4.3本章小结（122）
5高倍纳米泡沫抑制LNG实验方法（124）
5.1实验材料及测试方法（124）
5.1.1高倍泡沫抑制实验平台搭建（124）
5.1.2泡沫性能测试（128）
5.1.3添加液氮测试（130）
5.1.4泡沫抑制燃烧测试（131）
5.2不同工况对泡沫排水速率的影响（132）
5.2.1不同工况对泡沫排水速率的影响（132）
5.2.2添加纳米颗粒对排水速率的影响（134）
5.2.3泡沫排水速率模型分析（135）
5.3不同工况对泡沫蒸发速率的影响（138）
5.3.1三种因素对液氮蒸发速率的影响（138）
5.3.2添加纳米颗粒对液氮蒸发速率的影响（141）
5.3.3泡沫体系的温度变化（142）
5.4不同工况对泡沫稳定性的影响（146）
5.4.1不同工况对泡沫稳定性的影响（146）
5.4.2添加纳米颗粒对泡沫稳定性的影响（150）
5.4.3纳米颗粒提供稳定性机理分析（153）
5.5高倍泡沫对蒸气云火焰抑制研究（155）
5.5.1高倍泡沫对蒸气云火焰的抑制作用（155）
5.5.2纳米颗粒对蒸气云火焰的抑制作用（158）
5.5.3纳米颗粒抑制燃烧机理分析（161）
5.6本章小结（163）
6未来研究方向（165）
参考文献（168）