大庆油田天然气管道泄漏事故后果模拟

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1、万方数据第27卷第6期油气储运·41·大庆油田天然气管道泄漏事故后果模拟*魏立新”辛颖(大庆石油学院)余斌(中国地质大学(北京))魏立新辛颖等：大庆油田天然气管道泄漏事故后果模拟，油气储运，2008，27(6)41"43。摘要为防止天然气管道泄漏造成灾难性后果，采用蒸气云爆炸模型对天然气管道泄漏的火灾爆炸行为进行了模拟，计算出天然气管道泄漏后的死亡半径、重伤半径等，其结果可以为大庆油田天然气分公司应急救援提供技术支持。主题词天然气管道泄漏事故后果模拟我国许多在役输气管道己进入了老龄阶段，由于历史、技术和建设等诸多原因，加之城镇发展建设活动对天然气管道的侵

2、扰，使得这些输送易燃易爆介质的压力管道发生泄漏、爆管等危险事故的几率增大‘11。在天然气的输送过程中若发生泄漏，当天然气与空气混合达到天然气的燃烧爆炸极限时，一旦遇到火源，就会发生火灾甚至爆炸，造成人员伤亡和严重的财产损失。因此，研究天然气管道的火灾、爆炸危险对保障人员及财产安全具有重要的意义。一、天然气泄漏特点由于气体的可压缩性很大，造成泄漏孔附近在较长时间内保持较高的能量，在特定的条件下可导致泄漏孔由小变大，以至于管道完全破裂。天然气管道泄漏会造成不同的后果，其中有些事故对失效地点附近的居民和财产造成巨大的威胁。对于特定的管道而言，灾害类型以及相关的

3、破坏形式取决于管道的失效模式(泄漏或断裂)、气体的泄漏方式(垂直或倾斜喷射、有阻挡或无阻挡喷射)和燃烧时间(立即燃烧或延迟燃烧)[2]。由于天然气具有漂浮的特性，泄漏后若未受到阻碍，则会将附近的大量空气卷吸到气体中，从而使气体浓度降低，远距离延迟燃烧发生闪燃的概率非常低，因此，其主要的危害形式是由喷射火产生的热辐射和延迟燃烧引起的蒸气云爆炸。二、天然气的火灾爆炸特性天然气以气态在管道内流动，一旦泄漏，则可与空气混合形成可燃气云，当该气云达到爆炸极限时，如遇到火源就会发生燃爆。‘可燃气云发生燃烧后可能出现一些不同的燃烧状态，例如，形成喷射性的扩散火焰或火球

4、；形成大规模的气云燃烧，甚至导致爆炸；稳定燃烧，即气云的爆炸起点火源作用，使不断从裂口泄漏出的天然气在泄漏口形成定常扩散燃烧，并形成稳态火球[3]。其中，后两种燃烧状态对人员和建筑物的伤害性最大。三、参数模型1、气体泄漏模型计算泄漏速率是泄漏分析的重要内容，根据泄漏速率可以进一步研究泄漏物质的情况。发生泄漏时，如果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，就可以根据流体力学中的有关方程式计算泄漏量。当裂口不规则时，则可采取等效尺寸替代；当遇到泄漏过程中压力变化等情况时，可以采用经验公式计算。*黑龙省振兴东北老工

5、业基地重大科技项目(11529zd04)．**163318t黑龙江省大庆市大庆石油学院油气储运工程系l电话：(0459)6504578。万方数据标准分享网www.bzfxw.com免费下载·42·油气储运2008年气体从裂口泄漏的速度与其流动状态有关，目前，较普遍的气体泄漏速率的确定，是判断泄漏时气体流动属于音速(临界流)还是亚音速流动(次临界流)。当式(1)成立时，气体流动属于音速流动；否则，气体流动属于亚音速流动：譬≤[南]南㈣式中P。——环境压力，Pa；P——管道内介质压力，Pa；惫——气体的绝热指数，即定压比热容与定容比热容之比。气体呈音速流动时

6、，其泄漏速率为：Q一嘶席爵，㈣气体呈亚音速流动时，其泄漏速率为：Q=嘶雁磊两丽(3)式中Q——泄漏速率，kg／s；G——气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时Cd一1．00，三角形时Cd一0．95，长方形时G—O．90；』D——气体密度，kg／m3；M——天然气分子量；R——气体常数，R=8．314J／(kg·K)；T——天然气输送温度，KfA——裂口面积，m2。一般假设裂口面积与圆孔面积相同，对应的当量直径可按公式(4)计算：D—Do√孟“)式中D——等价喷射孔直径，m；Do——裂口孔直径，m；伽——周围环境条件下气体的密度，kg／m3。如果泄漏天然气能瞬时

7、达到周围环境的温度、压力状况，即ID一印，此时D=D。。2、喷射火伤害模型加压的天然气泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射火。喷射火热辐射计算方法是一种包括气流效应在内的喷射扩散模型的扩展。将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相等。点热源的热辐射通量按式(5)计算：q一刁QoH。(5)式中q——点热源热辐射通量，W；叩——效率因子，取v=o．35；H。——燃烧热，J／kg。射流轴线上某点热源j到距离该点z处一点的热辐射强度为：Ii24q7ctz2(6)41r1·一式中j；——点热源I至目标点。处的热辐射

8、强度，W／m2；z——点热源至目标点的距离，m，t——热辐射系数，取t一0．2。