第二讲燃气的泄漏与扩散

第二讲燃气的泄漏与扩散1第一页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏泄漏是燃气供应系统中最典型的事故人员伤亡资源浪费环境污染2第二页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏2.1.1泄漏的分类按照泄漏的流体分类气体泄漏液体泄漏气液两相泄漏3第三页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏2.1.1泄漏的分类按照泄漏的构件分类管道泄漏调压器泄漏阀门泄漏补偿器泄漏排水器泄漏计量装置泄漏储气设备泄漏4第四页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏2.1.1泄漏的分类按照泄漏的模式分类穿孔5第五页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏2.1.1泄漏的分类按照泄漏的模式分类开裂6第六页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏2.1.1泄漏的分类按照泄漏的模式分类渗透7第七页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏2.1.1泄漏的分类按照泄漏持续的时间分类连续泄漏瞬时泄漏8第八页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏2.1.2泄漏量的计算液体泄漏由流体力学的伯努利方程推导：9第九页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏2.1.2泄漏量的计算气体泄漏也可由流体力学的伯努利方程推导：10第十页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.1燃气的泄漏2.1.2泄漏量的计算两相流泄漏两相物质组成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，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；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。11第十一页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散相关因素燃气物理性质（密度）温度周边环境（风速、障碍物）气候条件12第十二页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散扩散的分类液体蒸发射流扩散绝热扩散气团在大气中的扩散重气扩散13第十三页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.1液体蒸发（1）闪蒸LNG\LPG的沸点低于环境温度，当它们泄漏时，由于压力突减，液态突然蒸发，称为闪蒸。闪蒸的速度：14第十四页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.1液体蒸发（2）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：热量蒸发主要与环境温度有关15第十五页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.1液体蒸发（3）质量蒸发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，这种液体质量蒸发速度为：16第十六页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.2射流扩散射流（jet），指流体从管口、孔口、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，卷吸周围流体进入射流同时不断移动、变形、分裂产生紊动，其影响逐渐向内外两侧发展形成自由紊动的混合层17第十七页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.2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。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。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成紊流自由射流。18第十八页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.3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。呈半球型向外扩散（1）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19第十九页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.4气团在大气中的扩散高斯模型（1）连续泄漏：高斯烟羽模型（2）瞬时泄漏：高斯烟团模型高斯模式的坐标系原点为排放点（无界点源或地面源）x轴正向为平均风向，y轴在水平面上垂直于x轴，正向在x轴的左侧，z轴垂直于水平面xoy，向上为正向，即为右手坐标系。20第二十页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.5重气扩散（1）重力沉降。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。（2）空气卷吸。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。（3）云团加热。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。（4）向非重气扩散转变。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决于大气湍流特性。21第二十一页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟研究现状孙永庆使用Matlab对燃气扩散模式进行了模拟，分析了燃气燃烧和爆炸的损失破坏后果。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GIS提出城市应急事件发生后，应急调度最佳路径算法。徐昊以VC++为IDE开发环境，结合SuperMapObjects组件式GIS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。

22第二十二页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟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，结合GIS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ArcGISEngine组件和VC++编程将气体泄漏扩散模型、火灾和爆炸事故模型嵌入GIS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GIS进行寻找最佳行进路线分析、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围分析。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预测并出相应救援方案。23第二十三页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.6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。燃气的泄漏导致扩散，燃气扩散所造成的最大危险是火灾和爆炸事故。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。

24第二十四页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟25第二十五页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.2泄漏燃气的扩散2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟26第二十六页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.3燃气泄漏扩散中毒2.3.1燃气中的有毒物质（1）CO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引起中毒。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200～300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。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。27第二十七页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.3燃气泄漏扩散中毒2.3.1燃气中的有毒物质（2）H2S中毒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硫化氢具有“臭鸡蛋”气味，但极高浓度很快引起嗅觉疲劳而不觉其味28第二十八页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.3燃气泄漏扩散中毒2.3.1燃气中的有毒物质（3）SO2中毒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29第二十九页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.4燃气管网检测检漏方法

2.4.1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走，通过看、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30第三十页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.4燃气管网检测检漏方法2.4.2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，电缆的相关属性发生变化，从而实现泄漏的检测和定位。目前常用的电缆有:油溶性电缆渗透性电缆分布式传感器电缆31第三十一页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.4燃气管网检测检漏方法2.4.3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;无法实现在线实时检测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，因而该方法不适合于弯头、阀门很多的城市燃气管网的泄漏检测32第三十二页，共三十三页，编辑于2023年，星期一2.4燃气管网检测检漏方法2.4.4示踪剂检