天然气长输管道喷射火事故影响因素模拟分析

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1、天然气长输管道喷射火事故影响因素模拟分析摘要：随着天然气消耗量的迅速增长，天然气长输管道的规模也在不断扩大,更为突出。由于腐蚀、泄漏，可能引起火灾、人员伤亡和财产损失,同时天然气长输管道的安全问题变得第三方破坏等原因导致长输管道发生爆炸等重大事故，不但会造成严重的也会给工业生产和人民生活带来重大影响。关键词：天然气长输管道喷射火中图分类号：F407文献标识码：A前言：根据美国石油学会API581,燃气持续性泄漏后发生安全排放、喷射火焰、闪火、蒸气云爆炸的概率分别为:0.8、0.1、0.06.0.04o因此，研究天然气管道的喷射火事故后果对保障人员及财产安全具有重要的意义。喷射火

2、后果定量计算模型有多种，本文分析长输管道运行压力、管道泄漏面积、泄漏方向、风速以及管径等因素对喷射火伤害半径的影响，以探讨喷射火事故发生时其后果的变化规律。一、天然气长输管道喷射火事故1、喷射火事故及相关模型高压气体泄漏时形成射流，若在泄漏口处被点燃，则形成喷射火。喷射火火焰及其热辐射会对周围人员造成伤害。目前，计算热辐射的经典数学模型主要有两种：点源模型(PointSourceModel)和固体火焰模型(SolidF1ameModel)。点源模型通过把热辐射集中在中心点上来进行计算，运用该模型模拟计算喷射火时把整个火焰简化为火焰中心线上若干个点，计算结果准确性不高；而固体火焰

3、模型从火焰形状的角度出发，计算热辐射强度，符合喷射火长度较长的特点。由于设备损坏失误引起泄漏从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故的发生，因此后果分析首先考虑泄漏情况。对于管道的泄漏情况分析，包括管道、法兰和接头，其典型泄漏情况和裂口尺寸分别取管径的20%和20%〜100%.当发生泄漏设备的裂口是规则的，而且裂口尺寸及泄漏物质的有关热力学、物理化学性质及参数已知时，可根据流体力学的有关方程式计算泄漏量。气体的泄漏速度与其流动状态有关。当下式成立时，气体流动属音速流动(临界流)：当下式成立时，气体流动属亚音速流动(次临界流)：气体呈音速流动时，其

4、泄漏量为：气体呈亚音速流动时，其泄漏量为：其中Y为气体膨胀系数式中：Q0—气体泄漏速度，kg/s；Cd—气体泄漏系数，当裂口为圆形时取1.00；M—相对分子质量；P—气体密度，kg/m3；T—气体温度，K；R—理想气体的普适比例常数，R=(8.31451010.000070)J/(molK)；po—环境压力，Pa；p—容器内介质压力，Pa；k—气体的绝热指数。2、火灾模型可燃气体从高压管道或容器中泄漏后遇到引火源即被点燃形成喷射火，根据美国石油研究院的研究模型，喷射火的火焰长度可用如下方程得到：(4.2-6)式中，L火焰长度，m；HC一一燃烧热，J/kg；M质量流速，kg/so

5、喷射火热通量的计算模型是把整个喷射火看成是由沿喷射中心线上的全部点热源组成，每个点热源的热辐射通量是相等的。点热源的热辐射通量按下式计算：(4.2-7)q—点热源的热辐射通量，W；口一效率因子，可取0.35；Qo—泄漏速度，kg/s；He—燃烧热。射流线上某点热源到距离该点x处一点的热辐射强度为：(4.2-8)根据热辐射强度对人体的不同伤害程度来判定其危险半径：(4.2-9)热辐射强度对人体的不同伤害程度见表4.2-2表4.2-2热辐射的不同入射量所造成的伤害或者损失二、模拟结果分析1、运行压力对喷射火伤害半径的影响在不同压力条件下，喷射火热辐射强度随着下风向距离的增大先增大然

6、后保持不变最后又不断减小直至趋于零，并且压力越大，热辐射强度的变化区间越大。在热辐射强度相同的情况下，压力越大，受影响的下风向距离也越大。管道喷射火伤害半径随着压力的增大而增大，几乎呈线性增长趋势，并且轻伤半径增加的幅度最大，而死亡半径的增加幅度最小。2、泄漏方向对喷射火伤害半径的影响随着下风向距离的增大，喷射火热辐射强度先增大，再趋于不变，最后不断减小直到趋于零，而且其热辐射强度最大。泄漏方向为其它角度时，该变化趋势不明显，但都有先增大后减小的趋势，并且变化趋势比较接近。随着泄漏方向的扩大，伤害半径先是缓慢增大，然后快速减小。3、风速对喷射火伤害半径的影响根据管道运行压力为8

7、MPa,泄漏方向为0°,管径为500mm,管道泄漏面积为20%A时，风速分别为1,2,3,4,5m/s的伤害半径的模拟结果可知，在不同风速条件下，喷射火热辐射强度随着下风向距离的增加，先增大，再趋向不变，最后不断减小直至趋于零，并且刚开始热辐射的变化曲线比较重叠，后来才逐渐区分开来。在相同条件下，风速越大，热辐射强度也越大。随着风速的增加，管道喷射火伤害半径也在增加，但增加的较为缓慢，其变化趋势几乎呈一条平行的直线，由此可见，风速对喷射火伤害半径的影响较小。措施1、安全对策措施1.1工艺及设