2. LNG泄漏场景源项参数计算与释放速率估算
场景设定与源项计算对象
某LNG接收站卸料臂在正常卸料工况下发生DN200（内径约203 mm）液相软管段泄漏。取泄漏点位于卸料臂底部水平管段，泄漏孔为圆形，孔径按两种工况考虑：小孔 d = 25 mm（垫片失效）与中孔 d = 50 mm（软管破裂）。储罐气相压力 P₀ = 120 kPa(a)，LNG液位对应泄漏点静压头 ρgh ≈ 18 kPa，故泄漏点上游总压 P₁ ≈ 138 kPa(a)。LNG饱和温度约 -162 ℃，常压沸点密度 ρ_L ≈ 422 kg/m³，气相密度 ρ_v ≈ 1.8 kg/m³，汽化潜热 h_fg ≈ 512 kJ/kg，定压比热 c_p ≈ 3.5 kJ/(kg·K)。环境为常温地面，接收介质为大气。
源项计算的核心是判断泄漏属于液相淹没出流还是闪蒸两相流，并据此给出质量释放速率 ṁ 与闪蒸蒸气质量分数 x。LNG在管内为过冷液体，经孔口节流至大气压时部分闪蒸，因此释放速率由孔口液相流量决定，闪蒸量由能量平衡决定。
泄漏速率模型与判据
对液相孔口出流，采用伯努利方程加孔口流量系数：
ṁ_L = C_d · A · √(2 · ρ_L · ΔP)
其中：
C_d —— 孔口流量系数，圆形锐边孔取 0.61，圆滑孔取 0.80
A —— 泄漏孔面积，A = π·d²/4
ΔP —— 孔口上下游压差，ΔP = P₁ − P_atm
ρ_L —— 液相密度闪蒸蒸气质量分数由节流过程的能量平衡给出（忽略动能与散热）：
x = c_p · (T₁ − T_sat) / h_fg
其中 T₁ 为泄漏前液温（≈饱和温度，取 -162 ℃），
T_sat 为背压 P_atm 下的饱和温度（-162 ℃）。
当过冷度 (T₁ − T_sat) 很小时，x 很小；
若上游为加压过冷液（如泵出口），过冷度增大，x 随之增大。本例中卸料臂内LNG接近饱和状态，取过冷度 ΔT_sub = 3 K（泵出口余压导致的轻微过冷），则 x ≈ 3.5×3 / 512 ≈ 0.0205，即约 2% 质量闪蒸为蒸气。闪蒸蒸气体积流量需按理想气体在背压下换算，用于后续蒸气云扩散输入。
两种孔径工况的计算结果
取 C_d = 0.61，P_atm = 101.3 kPa，ΔP = 138 − 101.3 = 36.7 kPa，ρ_L = 422 kg/m³。
| 参数 | 工况A：d = 25 mm | 工况B：d = 50 mm |
|---|---|---|
| 孔口面积 A (m²) | 4.909×10⁻⁴ | 1.963×10⁻³ |
| √(2ρ_LΔP) (kg/(m²·s)) | 176.0 | 176.0 |
| 液相质量释放速率 ṁ_L (kg/s) | 0.0527 | 0.2108 |
| 闪蒸蒸气质量分数 x | 0.0205 | 0.0205 |
| 闪蒸蒸气质量速率 ṁ_v (kg/s) | 1.08×10⁻³ | 4.32×10⁻³ |
| 闪蒸蒸气体积速率（101.3 kPa, -162 ℃）(m³/s) | 0.0347 | 0.1388 |
计算示例（工况A）：A = π×0.025²/4 = 4.909×10⁻⁴ m²；√(2×422×36700) = √(3.097×10⁷) ≈ 5565，注意此处单位为 √(Pa·kg/m³) = kg/(m²·s)，实际 √(2ρΔP) = √(2×422×36700) ≈ 5565，再乘 C_d·A = 0.61×4.909×10⁻⁴ = 2.995×10⁻⁴，得 ṁ_L ≈ 1.667 kg/s？
√(2ρΔP) 的量纲为 kg/(m²·s)，代入 2×422×36700 = 3.097×10⁷，开方约 5565，则 ṁ_L = 0.61×4.909×10⁻⁴×5565 ≈ 1.667 kg/s。表中 0.0527 kg/s 系误用 √(2ΔP/ρ) 体积流量公式所致。正确做法：先算体积流量 Q = C_d·A·√(2ΔP/ρ_L)，再乘密度。请以本段修正值为准，下表为修正后结果。| 参数 | 工况A：d = 25 mm | 工况B：d = 50 mm |
|---|---|---|
| 孔口面积 A (m²) | 4.909×10⁻⁴ | 1.963×10⁻³ |
| 体积流量 Q (m³/s) | 3.95×10⁻³ | 1.58×10⁻² |
| 液相质量释放速率 ṁ_L (kg/s) | 1.667 | 6.668 |
| 闪蒸蒸气质量速率 ṁ_v (kg/s) | 0.0342 | 0.1367 |
| 闪蒸蒸气体积速率 (m³/s) | 1.10 | 4.39 |
可见孔径加倍，释放速率约增至 4 倍（面积比），闪蒸蒸气体积速率同步增至 4 倍。该结果将作为例3池火液池尺寸与例4蒸气云TNT当量的输入。
结果判读与使用注意
- 释放速率对孔径极敏感：ṁ ∝ d²，孔径从 25 mm 增至 50 mm，释放速率由 1.667 kg/s 增至 6.668 kg/s。源项分析中应把孔径作为敏感性参数，至少给出小孔、中孔、大孔三档。
- 闪蒸蒸气量是蒸气云模拟的关键：液相质量速率决定液池增长，闪蒸蒸气体积速率决定可燃气云初始体积。本例 x≈2%，若上游为泵出口过冷液（ΔT_sub 可达 10 K 以上），x 将升至约 7%，蒸气云规模显著增大。
- 压差取值：ΔP 应取泄漏点上游总压与背压之差，包含储罐气相压与液位静压；忽略液位静压会低估约 13% 的释放速率。
- 持续泄漏与瞬时泄漏：卸料臂软管破裂通常伴随紧急切断阀（ESD）动作，实际释放持续时间受阀门关闭时间约束，源项应给出速率与持续时间的组合，而非仅速率。