第二讲燃气的泄漏与扩散

1、1 12.1燃气的泄漏燃气的泄漏u泄漏是燃气供应系统中最典型的事故 人员伤亡人员伤亡 资源浪费资源浪费 环境污染环境污染22.1燃气的泄漏燃气的泄漏u2.1.1泄漏的分类 按照泄漏的流体分类按照泄漏的流体分类 气体泄漏气体泄漏 液体泄漏液体泄漏 气液两相泄漏气液两相泄漏32.1燃气的泄漏燃气的泄漏u2.1.1泄漏的分类 按照泄漏的构件分类按照泄漏的构件分类 管道泄漏管道泄漏 调压器泄漏调压器泄漏 阀门泄漏阀门泄漏 补偿器泄漏补偿器泄漏 排水器泄漏排水器泄漏 计量装置泄漏计量装置泄漏 储气设备泄漏储气设备泄漏42.1燃气的泄漏燃气的泄漏u2.1.1泄漏的分类 按照泄漏的模式分类按照泄漏的模式分类

2、 穿孔穿孔52.1燃气的泄漏燃气的泄漏u2.1.1泄漏的分类 按照泄漏的模式分类按照泄漏的模式分类 开裂开裂62.1燃气的泄漏燃气的泄漏u2.1.1泄漏的分类 按照泄漏的模式分类按照泄漏的模式分类 渗透渗透72.1燃气的泄漏燃气的泄漏u2.1.1泄漏的分类 按照泄漏持续的时间分类按照泄漏持续的时间分类 连续泄漏连续泄漏 瞬时泄漏瞬时泄漏82.1燃气的泄漏燃气的泄漏u2.1.2泄漏量的计算 液体泄漏液体泄漏 由流体力学的由流体力学的推导：推导：9ghppACqdlml2)(202.1燃气的泄漏燃气的泄漏u2.1.2泄漏量的计算 气体泄漏气体泄漏 也可由流体力学的也可由流体力学的推导：推导：10k

3、kkdgmGkkkkdgmGkkppppkkRTkMApCqkppkRTkMApCqkpp1020101110)(1)(1-()12()12()12(速流动时，气体流动属于亚音当流动时，气体流动属于音速当2.1燃气的泄漏燃气的泄漏u2.1.2泄漏量的计算 两相流泄漏两相流泄漏 两相物质组成两相物质组成 对于燃气而言为气液两相流对于燃气而言为气液两相流 对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；状流等形态； 对于多孔板上气液系可以产生自由分散的

4、气泡、蜂窝对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。112.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u相关因素 燃气物理性质（密度）燃气物理性质（密度） 温度温度 周边环境（风速、障碍物）周边环境（风速、障碍物） 气候条件气候条件122.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u扩散的分类 液体蒸发液体蒸发 射流扩散射流扩散 绝热扩散绝热扩散 气团在大气中的扩散气团在大气中的扩散 重气扩散重气扩散132.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.1液体蒸发 （1）闪蒸）闪蒸 LNGLPG的沸点低于环境温度，当它们泄漏时，由于压力的沸点低于环境温度，当它

5、们泄漏时，由于压力突减，液态突然蒸发，称为闪蒸。突减，液态突然蒸发，称为闪蒸。 闪蒸的速度：闪蒸的速度：14tmFqvt12.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.1液体蒸发 （2）热量蒸发）热量蒸发 当闪蒸不完全时，发生热量传递时，液体蒸发速度为：当闪蒸不完全时，发生热量传递时，液体蒸发速度为： 热量蒸发主要与环境温度有关热量蒸发主要与环境温度有关15)()(1002btuVbttVTTlANHtHTTAqF时，当2.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.1液体蒸发 （3）质量蒸发）质量蒸发 当地面传热停止时当地面传热停止时 主要由于液体分子的迁移作用使液体蒸发，这种液体质量蒸主要由于液

6、体分子的迁移作用使液体蒸发，这种液体质量蒸发速度为：发速度为：16113lAShql2.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.2射流扩散射流（射流（jet），指流体从管口、孔口、），指流体从管口、孔口、狭缝射出，或靠机械推动，并同周围狭缝射出，或靠机械推动，并同周围流体掺混的一股流体流动。流体掺混的一股流体流动。流体射入静止环境中时，它与周围静流体射入静止环境中时，它与周围静止流体之间存在速度不等的间断面止流体之间存在速度不等的间断面间断面一般受到不可避免的干扰，失间断面一般受到不可避免的干扰，失去稳定而产生涡旋，卷吸周围流体进去稳定而产生涡旋，卷吸周围流体进入射流入射流同时不断移动、变形、

7、分裂产生紊动同时不断移动、变形、分裂产生紊动，其影响逐渐向内外两侧发展形成自，其影响逐渐向内外两侧发展形成自由紊动的混合层由紊动的混合层172.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.2射流扩散 当环境空气的温度和密度与泄漏的天然气不同时，可看作当环境空气的温度和密度与泄漏的天然气不同时，可看作非等密度射流。非等密度射流。 非等密度射流的轨迹比较复杂，这时重力差使射流弯曲。非等密度射流的轨迹比较复杂，这时重力差使射流弯曲。泄漏燃气的密度大于环境空气的密度，射流一般向下弯曲泄漏燃气的密度大于环境空气的密度，射流一般向下弯曲，反之则向上弯曲。，反之则向上弯曲。 天然气发生管道孔口或裂缝泄漏时，虽然

8、孔口或裂缝比较小天然气发生管道孔口或裂缝泄漏时，虽然孔口或裂缝比较小，泄漏量也比较小，但泄漏速度极大，所以在孔口或裂缝形，泄漏量也比较小，但泄漏速度极大，所以在孔口或裂缝形成成。182.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.3绝热扩散 假定泄漏物与外界环境无热量交换时的扩散过程。假定泄漏物与外界环境无热量交换时的扩散过程。 呈呈向外扩散向外扩散 （1）气团向外扩散，压力达到大气压）气团向外扩散，压力达到大气压 （2）气团与空气掺混，范围逐渐扩大）气团与空气掺混，范围逐渐扩大192.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.4气团在大气中的扩散 高斯模型高斯模型 （1）连续泄漏：高斯烟羽模型）连

9、续泄漏：高斯烟羽模型 （2）瞬时泄漏：高斯烟团模型）瞬时泄漏：高斯烟团模型 高斯模式的坐标系高斯模式的坐标系 原点为排放点（无界点源或地面源）原点为排放点（无界点源或地面源） x轴正向为平均风向，轴正向为平均风向， y轴在水平面上垂直于轴在水平面上垂直于x轴，正向在轴，正向在x轴的左侧，轴的左侧， z轴垂直于水平面轴垂直于水平面x o y，向上为正向，即为右手坐标系。，向上为正向，即为右手坐标系。202.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.5重气扩散 （1）重气泄漏初始动量消失后，重力作用使得气云降到地重气泄漏初始动量消失后，重力作用使得气云降到地面，沿着地表扩展。由于云团与周围空气间的密

10、度差，导致重气塌陷，面，沿着地表扩展。由于云团与周围空气间的密度差，导致重气塌陷，出现凹陷现象，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大。出现凹陷现象，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大。 （2）空气卷吸分为顶部空气卷吸和侧面空气卷吸。空气卷空气卷吸分为顶部空气卷吸和侧面空气卷吸。空气卷吸作用引入外界空气使得气云体积膨胀，同时也稀释了气云的浓度。吸作用引入外界空气使得气云体积膨胀，同时也稀释了气云的浓度。 （3）由于初始泄漏云团与周围环境间的温度差异，必须考由于初始泄漏云团与周围环境间的温度差异，必须考虑云团所吸收的热量和温度梯度引起的对流湍流。虑云团所吸收的热量和温度梯度引起的对流湍流。 （4）随

11、着云团的稀释冲淡，重气密度或浓度降低随着云团的稀释冲淡，重气密度或浓度降低逐渐接近外界空气，重气效应消失，云团的高度、半径及其运行状态取逐渐接近外界空气，重气效应消失，云团的高度、半径及其运行状态取决于大气湍流特性。决于大气湍流特性。212.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟 研究现状研究现状 孙永庆使用孙永庆使用Matlab对燃气扩散模式进行了模拟，分析了燃气燃烧对燃气扩散模式进行了模拟，分析了燃气燃烧和爆炸的损失破坏后果。和爆炸的损失破坏后果。 郭吉红将郭吉红将GIS技术引入大气环境风险评价的模拟预测中，对爆炸范技术引入大气环境风险评价的模拟预测中，对爆炸范围

12、、泄漏量、气体泄漏扩散模拟等方面进行了深入研究。围、泄漏量、气体泄漏扩散模拟等方面进行了深入研究。 刘建结合刘建结合GIS提出城市应急事件发生后，应急调度最佳路径算法。提出城市应急事件发生后，应急调度最佳路径算法。 徐昊以徐昊以VC+为为IDE开发环境，结合开发环境，结合SuperMap Objects组件式组件式GIS开发平台，构建了包括火灾、爆炸、泄漏开发平台，构建了包括火灾、爆炸、泄漏3类典型城市公共安全事类典型城市公共安全事故灾害模拟和后果分析的城市公共安全应急响应辅助决策系统。故灾害模拟和后果分析的城市公共安全应急响应辅助决策系统。222.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.6燃

13、气泄漏与扩散数值模拟 研究现状研究现状王晓宇研究了石化企业发生的泄漏、火灾、爆炸事故的影响区域计算模型王晓宇研究了石化企业发生的泄漏、火灾、爆炸事故的影响区域计算模型，结合，结合GIS平台实现了针对上海金山石化的预警与应急系统。平台实现了针对上海金山石化的预警与应急系统。苏志东通过苏志东通过ArcGIS Engine组件和组件和VC+编程将气体泄漏扩散模型、火灾和编程将气体泄漏扩散模型、火灾和爆炸事故模型嵌入爆炸事故模型嵌入GIS实现可视化人员伤亡影响范围。实现可视化人员伤亡影响范围。任春芳研究当发生重大工业事故后，基于任春芳研究当发生重大工业事故后，基于GIS进行寻找最佳行进路线分析进行寻找

14、最佳行进路线分析、最近的救援地点分析、增设应急救援服务点分析以及事故危险度覆盖范、最近的救援地点分析、增设应急救援服务点分析以及事故危险度覆盖范围分析。围分析。张超研究基于张超研究基于GIS的火电厂应急救援决策支持系统，对事故影响后果进行的火电厂应急救援决策支持系统，对事故影响后果进行预测并出相应救援方案。预测并出相应救援方案。232.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟 燃气事故通常都是由于燃气泄漏造成的。燃气的泄漏导致燃气事故通常都是由于燃气泄漏造成的。燃气的泄漏导致扩散，燃气扩散所造成的最大危险是火灾和爆炸事故。研扩散，燃气扩散所造成的最大危险是火灾和爆炸事故

15、。研究燃气泄漏扩散规律及火灾、爆炸事故的伤害范围是燃气究燃气泄漏扩散规律及火灾、爆炸事故的伤害范围是燃气安全领域研究的重点，也是预测、分析和评价燃气事故后安全领域研究的重点，也是预测、分析和评价燃气事故后果的重点。果的重点。242.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟252.2泄漏燃气的扩散泄漏燃气的扩散u2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟262.3燃气泄漏扩散中毒燃气泄漏扩散中毒u2.3.1燃气中的有毒物质 （1）CO中毒中毒 一氧化碳中毒是含碳物质燃烧不完全时的产物经呼吸道吸入一氧化碳中毒是含碳物质燃烧不完全时的产物经呼吸道吸入引起中毒。引起中毒。中毒机理是一氧化

16、碳与血红蛋白的亲合力比氧与血红蛋白的亲合力高中毒机理是一氧化碳与血红蛋白的亲合力比氧与血红蛋白的亲合力高200300倍，所以一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋倍，所以一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。当人们意识到已发生一氧化碳中毒时，往往已为时已晚。因为支配人体运当人们意识到已发生一氧化碳中毒时，往往已为时已晚。因为支配人体运动的大脑皮质最先受到麻痹损害，使人无法实现有目的的自主运动。可手动的大脑皮质最先受到麻痹损害，使人无法实现有目的的自主运动。可手脚已不听使唤。所以，一氧化碳

17、中毒者往往无法进行有效的自救。脚已不听使唤。所以，一氧化碳中毒者往往无法进行有效的自救。 272.3燃气泄漏扩散中毒燃气泄漏扩散中毒u2.3.1燃气中的有毒物质 （2）H2S中毒中毒 具有刺激性和窒息性的无色气体具有刺激性和窒息性的无色气体 低浓度接触仅有呼吸道及眼的局部刺激作用低浓度接触仅有呼吸道及眼的局部刺激作用 高浓度时全身作用较明显，表现为中枢神经系统症状和窒息高浓度时全身作用较明显，表现为中枢神经系统症状和窒息症状症状 硫化氢具有硫化氢具有“臭鸡蛋臭鸡蛋”气味，但极高浓度很快引起嗅觉疲劳气味，但极高浓度很快引起嗅觉疲劳而不觉其味而不觉其味282.3燃气泄漏扩散中毒燃气泄漏扩散中毒u2

18、.3.1燃气中的有毒物质 （3）SO2中毒中毒 无色高度水溶性有辛辣气味的刺激性气体，比空气重。无色高度水溶性有辛辣气味的刺激性气体，比空气重。 广泛用于工业，是硫矿造纸业矿物燃料燃烧的副产品，也是广泛用于工业，是硫矿造纸业矿物燃料燃烧的副产品，也是大气的常见污染物。大气的常见污染物。 凡是接触较高浓度的二氧化硫均可致病凡是接触较高浓度的二氧化硫均可致病 在上呼吸道与水接触生成硫酸和亚硫酸引起黏膜损伤造成临在上呼吸道与水接触生成硫酸和亚硫酸引起黏膜损伤造成临床症状床症状292.4燃气管网检测检漏方法燃气管网检测检漏方法u2.4.1直接观察法直接观察法 由有经验的管道工人或经过训练的动物沿管道行

19、走，通过由有经验的管道工人或经过训练的动物沿管道行走，通过看、闻、听或其他方式，直接检查管道的泄漏情况，其检看、闻、听或其他方式，直接检查管道的泄漏情况，其检测精度依赖于检测人员的经验测精度依赖于检测人员的经验 一般只能检测较大量的泄漏，且不能实现管道在线实时检一般只能检测较大量的泄漏，且不能实现管道在线实时检测测302.4燃气管网检测检漏方法燃气管网检测检漏方法u2.4.2电缆检漏法电缆检漏法 沿管道敷设特殊的电缆，当泄漏物质渗入到电缆里时，电沿管道敷设特殊的电缆，当泄漏物质渗入到电缆里时，电缆的相关属性发生变化，从而实现泄漏的检测和定位。缆的相关属性发生变化，从而实现泄漏的检测和定位。 目

20、前常用的电缆有目前常用的电缆有: 油溶性电缆油溶性电缆 渗透性电缆渗透性电缆 分布式传感器电缆分布式传感器电缆312.4燃气管网检测检漏方法燃气管网检测检漏方法u2.4.3管内检测球法管内检测球法 将检测球放入管内进行探测，利用超声技术、视觉技术、漏磁将检测球放入管内进行探测，利用超声技术、视觉技术、漏磁技术等采集大量数据后，进行综合分析以判断泄漏点技术等采集大量数据后，进行综合分析以判断泄漏点 该方法检测精度较高，误报率较低该方法检测精度较高，误报率较低; 无法实现在线实时检测无法实现在线实时检测 探测球是在管内随管内介质流动，探测球是在管内随管内介质流动，极易在弯头、阀门等位置发生堵塞现象，极易在弯头、阀门等位置发生堵塞现象，因而该方法不适合于弯头、阀门很多的因而该方法不适合于弯头、阀门很多的城市城市燃气燃气管网的泄漏检测管网的泄漏检测 322.4燃气管网检测检漏方法燃气管网检测检漏方法u2.4.4示踪剂检测法示踪剂检测法 将放射性物质掺入到管道输送的介质中，在管道发生泄漏的部位将放射性物质掺入到管道输送的介质中，在管道发生泄漏的部位，放射性示踪剂随泄漏介质一起流到管道外，附着于泥土中。利，放射性示踪剂随泄漏介质一起流到管道外，附着于泥土中。利用示踪剂检漏仪在管道内部沿线检测，记录泄漏出示踪元素的放用示踪剂检漏仪在管道