孟 波 刘 隆 王 启

(1.北京石油化工学院机械学院；2.北京化工大学机械工程学院)

近年来随着我国LNG行业的发展，行业的安全问题也逐渐被人们关注。LNG所具有的物理特性导致与LNG有关的储运设备处在低温高压的工作环境中，因此设备极易发生破坏泄漏，进而造成爆炸事故，对周围环境、人员和设备有极大的危胁。例如2009年2月6日12时，上海洋山深水港LNG项目工地发生爆炸事故，导致工人1死16伤。

LNG低温阀门在LNG行业中应用广泛，其工作条件为低温高压，且温度和压力会随着阀门的开启与关闭不断变化，容易造成材料疲劳，导致泄漏进而引起火灾爆炸事故，因此LNG低温阀门是整体工艺中危险性较大的单元，需对其安全服役性能进行重点分析研究。

1 数学模型建立

1.1传热问题有限元理论

在自然界和工程实际中发生的大量传热现象，按其传热方式或形式基本可分为热传导、对流和热辐射。这3种传热方式可以单独出现，也可以同时发生[1]。

系统能量守恒方程在直角坐标系中可表示为：

(1)

式中c——介质的比热容，J/(kg·K)；

k——介质的导热系数，W/(m·K)；

qr——单位容积的热产生率，即内热源或内热汇，J/m3；

T——温度，K；

ρ——介质的密度，kg/m3。

传热的边界条件有3类。第一类BC(S1)(Dirichlet条件，即在边界上给定温度值)：

(2)

第二类BC(S2)(给定热流密度的Neumann条件)：

(3)

第三类BC(S3)(给定对流换热的Neumann条件)：

(4)

nx、ny、nz——外边界法线的方向余弦；

t——时间，s；

T∞——环境温度，K；

在实际工程中，第二类和第三类边界条件难以满足，因此，在处理实际工程问题时可以将这两个条件耦合，其表达式为：