工作时本身已具有一定压力，在与环境的压力差作用下，LNG将以一定初速度从泄漏口流出。由于LNG储罐本身与外界的环境之间存在着较大的温度差和压力差，泄漏出来的低温液体将迅速蒸发，形成低温气云。且随着低温气云的不断从周围环境中吸热，其与地面、空气等的温差逐渐减小，蒸发过程趋于稳定。LNG的泄漏扩散过程主要包括液池的扩展和气云的扩散两个过程。
1.1 液相泄漏
LNG储罐发生泄漏时液体流出速度除与罐内外压力差有关外，还有影响因素：泄漏口径大小和液面与泄漏点的高度差，根据伯努利方程，液相泄漏速度计算方程：
（1）式中：Q-液体的泄漏速度。kg/s；
C0-液体的泄漏系数，指实际流量与理论流量的比，一般取0.65；
A-泄漏口的面积，m2；
ρ-泄漏液体的密度，kg/m3；
P-容器内介质压力，Pa；
P0-环境的压力，Pa；
g-重力加速度，取9.8m/s2；
h-泄漏口与液面高度差，m。
1.2 液池扩展
LNG泄漏到地面之上，在重力、初始速度的作用下进行扩展。如果LNG垂直泄漏于地面之上，将形成圆形的液池，液池半径随时间变化而变化。Britter通过建立重力、浮力、阻力、惯性力的平衡方程，求解浅水方程，得出垂直泄漏于地面上的重力流，形成的液池扩展半径与时间的关系式为：
（2）式中：V0-是LNG液体的体积流量，m3/s；
t-泄漏发生的时间，s；
g-当量重力加速度（与泄漏液体密度、周围环境流体的密度以及
当地的重力加速度有关），m/s2。
适用于条件是泄漏源持续不变且泄漏扩散没有障碍物的阻碍。这是由于当泄漏源不垂直的泄漏到地面上，泄漏出来的流体则具有水平方向上的初速度，在地面上形成的液池将不再是圆形，而且液池在具有初速度的水平方向的扩展距离相较其它方向要更加大；当周围环境存在障碍物时，液池无法自由扩展，液池的面积与厚度将改变。
1.3 气云扩散
LNG蒸发过程中，由于甲烷的沸点最低，所以最先气化，随着温度的上升，LNG中的重质组分乙烷、丙烷等相继蒸发。一般情况下其扩散过程分为四个阶段，即：重力沉降阶段、空气卷吸阶段、向非重气扩散转变阶段和被动扩散阶段（图1）。重力沉降阶段：LNG蒸汽的密度大于周围环境中空气密度，在重力作用下下沉，导致气云半径增大，高度降低。在该阶段，以重力影响起主导作用。
空气卷吸阶段：由于泄漏扩散的初始阶段，低温重气云下沉，从而导致气云的内部产生瑞流，进而气云的周围会出现涡旋，进而将空气卷吸入气云。卷吸现象主要发生在气云的上部和侧面，在该过程中随着空气的进入，气云不断被稀释，浓度降低。
向非重氣扩散转变阶段：由于空气卷吸作用，气云被稀释，同时低温气云不断从周围环境中吸收热量。随着气云温度的逐渐升高，气云密度减小，R数随之逐渐减小，R直到小于临界值时（一般情况下取值为10），重气沉降作用已经完全消失，重气扩散过过渡到非重气扩散。Ri数为判断气云是否为重气的依据，其计算公式为：
（3）式中：ρ、ρa-分别为扩散气云、周围环境空气的密度，kg/m3；
g-当地的重力加速度，m/s2；
v-环境空气对气云的剪切作用所产生的摩擦速度，m/s；
h-气云的高度，m。
被动扩散阶段：在该阶段，气云密度接近或者小于周围空气密度，气云受到浮力作用明显，在浮力作用下，向着高处扩散运动。大气湍流在扩散过程中作用明显。
2 LNG泄漏扩散模拟分析
2.1 模拟分析相关参数
以某市的LNG气化-加气加液站为模拟分析对象，该站长度约为200m，宽度约为100m。150m3LNG储罐泄漏扩散分析是在工作条件下为背景，储罐压力为0.3Mp（表压），储罐天然气温度为111K，泄漏位置在罐体地面高1m处，外界环境为1个标准大气压。在上述条件下，研究储罐泄漏口径、环境风速及环境温度对LNG泄漏扩散过程的影响：
（1）储罐泄漏口径的影响，保持泄漏位置（距离地面1m）不变，风速为5m/s，大气稳定度为D。选取灾难性破裂、100mm破裂口径、50mm破裂口径三种泄漏量参数分别进行模拟。
（2）风速的影响，保持泄漏位置不变，50mm破裂口径泄漏，选取风速及大气稳定度为1.5/D、5/D、8/D三种参数分别进行模拟。
（3）50mm破裂口径泄漏不变，风速及大气稳定度为5，D，泄漏口位置不变，对外界环境温度分别为283、298K进行模拟。
2.2 泄漏口径对气云扩散的影响
在风速5m/s及大气稳定度为D情况下，灾难性破裂、100mm破裂口径、50mm破裂口径最大浓度云团和顺风距离关系如图2所示，气云外边界层的浓度为22001.2ppm。
由图2可以看到，50mm泄漏口径时液化天然气的扩散距离只有160m，当泄漏口径为100mm时，扩散距离已可达到296m远，而当泄漏为灾难性泄漏时，扩散距离已经将要超越365m。由此可知，泄漏口径因素对泄漏过程的影响很大，泄漏口径越大，泄漏扩散范围越广，造成的危害后果也更加严重。
通过对比可以知道，泄漏的天然气沿着泄漏口方向上向前扩散，这是由于LNG储罐内部压强较大（0.3MPa），由式（1）可知，在假定的这几种泄漏速率下，泄漏口口径较小，泄漏的LNG从泄漏口射流而出，迅速转变为气体，并且拥有向前扩散的初速度。随着泄漏源口径增大，泄漏的天然气向两侧扩散趋势加大。同时由于低温气体不断的从空气吸热，气云的密度逐渐降低，气云上浮，即气云变厚。
2.3 环境风速对气云扩散的影响
环境风速对LNG泄漏扩散过程的影响主要体现在对气云的输送作用以及对加大与气云的对流，起稀释作用。研究通过改变风速大小，进而研究风速对气云运动扩散的影响。模拟了三种不同风速情况下气云的运动，分别为1.5、5、10m/s大气稳定度均为D，泄漏口径为50mm，风流从左侧进入，气云最外层边界浓度22001.2ppm。
由图3、图4可知，环境风速对液化天然气蒸气云有明显的作用。风速在1.5m/s情况下，气云的宽度接近160m，顺风扩散距离达到245m，而风速在5m/s情况下，气云的宽度只有将近40m，顺风扩散距离为162m，在风速为8m/s时，气云的宽度只有将近36m，顺风扩散距离为146m。这是由于在有风情况下，风对气云有剪切和卷吸作用，在风的作用下，气云顺风传播，且不断被稀释。风速越大，作用效果越明显，大风有利于液化天然气云的扩散，使其不容易聚集成易爆气团。
2.4 外界环境温度对气云扩散的影响
环境温度对LNG泄漏扩散过程的影响主要体现在对气云的热传递过程。外界环境的温度时刻在变化，本文假定在泄漏过程中外界环境温度恒定，温度为283K（10℃）、298K（25℃），不同风速条件下液化天然气云浓度分布如图4、图5所示。
由图5、图6可看出，温度在283K的情况下，风速为1.5m/s大气稳定度为D时，液化天然气云扩散距离为222m、高度为2.8m、宽度为142m；由图7、图8可看出，温度在298K的情况下，风速为1.5m/s大气稳定度为D时，液化天然气云扩散距离为245m、高度为3.1m、宽度为125m。从气云的扩散变化可知，外界环境温度越高，汽云扩散距离越远，气云上升趋势越明显，但是汽云宽度变窄。
由此可得出结论：外界环境温度越高，低温气云吸热越快，由重气转变为非重气的速度更加快，气云向上空及顺风扩散距离越大。低温环境不利于低温气云吸热，重气云容易在地面聚集，气体密度较重不利于汽云扩散，导致在地面上气云横向扩散距离较大。
3 结论
本文通过PHAST软件，实现了对LNG储罐发生泄漏后气云扩散的模拟，进而对LNG泄漏扩散过程中对扩散运动产生影响的一些主要因素进行了模拟研究和分析。LNG储罐泄漏口径、环境风速、及环境温度对液化天然气云扩散的影响如下：
泄漏口径对扩散泄漏造成的危害后果起决定性作用，泄漏口径越大，扩散距离越远，高浓度存在的区域更大，形成的气云越难扩散，可燃气团顺风移动，可能会在远离LNG储罐的下风位置发生爆炸。
环境风速對LNG气云扩散过程的主要作用是稀释，且风速越大稀释作用越明显。主要是因为在风力作用下，在气云边缘，风对气云起剪切作用，这在一定程度抑制气云扩展，所以体现出风速越大，气云扩散距离反而越小。
环境温度对气云扩散的影响体现在随着外界环境温度的升高，低温气云与周围环境之间的传热量增加，此外大气湍流程度也有增强。外界环境温度越高，低温气云吸热越快，由重气转变为非重气的速度更加快，气云扩散速度也更加迅速。低温环境不利于气云向上扩散，气云容易在地面聚集，气体密度较重不利于汽云扩散，导致在地面上气云横向扩散距离较大。