天然气管道泄漏事故后果量化评价分析

1、摘要：针对天然气管道泄漏后，可燃气云形成的爆轰、火球热辐射事故，量化了两种事故对人体造成的伤害及危害半径，结合算例进行了分析计算。关键词：天然气管道；泄漏；事故后果；爆轰；火球热辐射 当天然气管道发生爆裂时，泄漏的天然气与空气混合形成可燃气云，当气云达到爆炸极限时，若遇火源易发生爆炸。在可燃气云发生燃烧、爆炸时，约10%的天然气发生爆轰，并产生冲击波；约90%的天然气燃烧形成火球热辐射。因此，在对天然气管道泄漏事故进行定量分析时，应分析可燃气云分别产生爆轰、火球热辐射的事故后果12。许多研究机构及燃气公司对燃气泄漏的检测、抢修、控制方法进行了研究311。本文针对天然气管道泄漏事故，综合考虑天然

2、气泄漏后可能发生爆轰、火球热辐射，对天然气管道泄漏事故后果进行量化评价分析。1 量化评价分析 1.1 爆轰 等效tnt质量为了计算方便，可把发生爆轰的天然气质量按 式中能量等效的原理换算成tnt的质量进行近似处理。在计算出等效tnt质量后，则可以按常用的tnt标准爆源爆炸后的计算式求解爆轰场内各点的冲击波超压，并据此评估对目标的伤害程度1214。通常把参加爆轰的天然气体积占泄漏天然气总体积的比例称为tnt收率。由于爆轰的危害远大于混合燃烧，根据危害最大化原则，取tnt收率为10%对爆轰危害进行评价。等效tnt质量mtnt的计算式为： 式中mtnt等效tnt质量，kg qd可燃气云爆轰时释放的总

3、能量，kj qtnttnt标准爆源的爆热值，kj/kg，取4500kj/kg md发生爆轰的天然气质量，kg qe天然气的爆炸热，kj/kg，可取甲烷的燃烧热，取5.56104kj/kg tnt收率，取0.1 m天然气泄漏质量，kg qm,f天然气泄漏质量流量，kg/s f天然气泄漏持续时间，s 冲击波超压 对于质量为mtnt的tnt标准爆源，在地面发生爆炸时，爆轰场冲击波超压的计算式为2,12： 式中p冲击波超压，mpard爆轰破坏半径，m冲击波超压准则认为，接受体是否被破坏完全取决于冲击波超压，当接受体接受的冲击波超压超过接受体自身能够承受的临界超压时，即被破坏。冲击波超压对人体的伤害程度

4、见表113。表1 冲击波超压对人体的伤害程度13 冲击波超压/mpa 对人体的伤害程度 1.o0 大部分人员死亡 0.75 内脏严重损伤或死亡 0.40 听觉器官损伤或骨折 0.25 轻微损伤 将表1中的冲击波超压代入式(5)，可得到不同冲击波超压下的爆轰破坏半径计算式。1.2 火球热辐射 火灾发生时热辐射对目标损伤的判定准则有3种：热辐射剂量准则、热辐射强度准则、热剂量-热强度准则。由于90%的天然气燃烧形成的火球热辐射可以认为是瞬态燃烧，因此采用热辐射剂量准则6。对处于火球内部的目标，显然将被热辐射伤害，而对于火球以外的目标，其伤害程度可以根据目标所接受的火球入射热辐射剂量判定14。火球入

5、射热辐射剂量qr的计算式为： 式中qr火球入射热辐射剂量，kj/m2 qr火球总热辐射量，kj r热辐射率系数，取1.0 rr火球热辐射半径，m火球入射热辐射剂量对人体的伤害程度见表215。表2 火球入射热辐射剂量对人体的伤害程度15 火球入射热辐射剂量/(kjm-2) 对人体的伤害程度 375 三度烧伤 250 二度烧伤 125 一度烧伤 65 皮肤疼痛 将表2中不同的火球入射热辐射剂量代入式(10)，可计算得到不同火球入射热辐射剂量下的火球热辐射半径。 2 实例分析 概况 某天然气管道规格为1085，设计压力为0.8mpa，天然气质量流量为2.85kg/s。为便于计算，进行如下设定：天然气

6、在泄漏过程中管道压力保持不变，泄漏口与管道的流通面积相同，泄漏质量流量与管道天然气质量流量相同。取泄漏时间为2min，计算得天然气泄漏量为342kg。 爆轰破坏半径 将已知参数代入式(1)(4)、(6)(9)，可计算得到不同冲击波超压下的爆轰破坏半径(见表3)。表3 不同冲击波超压下的爆轰破坏半径 冲击波超压/mpa 1.00 0.75 0.40 0.25 爆轰破坏半径/m 39.44 40.53 58.62 81.56 火球热辐射半径 将已知参数代入式(12)(15)，可计算得到不同火球入射热辐射剂量下的火球热辐射半径(见表4)。表4 不同火球入射热辐射剂量下的火球热辐射半径 火球入射热辐射

7、剂量/(kjm-2) 375 250 125 65 火球热辐射半径/m 63.43 77.86 110.03 152.57 3 结论 根据实例，若将管道设计流量作为泄漏量的最不利事故工况进行计算，泄漏2min后可燃气云发生爆炸、燃烧，对人体产生最严重的伤害时的爆轰破坏半径为39.44m，火球热辐射半径为63.43m。从计算结果可以看出，可燃气云发生爆炸、燃烧的危害是非常大的。参考文献： 1 王若菌，蒋军成.lpg沸腾液体扩展蒸气爆炸火球热辐射概率风险评估j.中国安全生产科学技术，2005(3)：11-15.2 姜巍巍，李奇，李俊杰，等.bleve火球热辐射及其影响评价模型介绍j.工业安全与环保

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