天然氣管道孔口泄漏危險域的劃分

彭琦(大慶油田采氣分公司， 黑龍江 大慶 163000)

天然氣管道孔口泄漏危險域的劃分

彭琦(大慶油田采氣分公司， 黑龍江 大慶 163000)

本文對天然氣泄漏的基本理論和特點做了簡要的介紹，探討了天然氣管道孔口泄漏模型分類，泄漏危險區(qū)域的劃分，以及天然氣管道孔口泄漏的危險區(qū)域，以供參考。

天然氣；泄漏；危險區(qū)域

天然氣基于環(huán)境、能源日益嚴峻的時代背景下，在人們日常生活中占據(jù)了極其大的比重，在給人們帶來便利的同時也造成了巨大的安全威脅。天然氣泄漏產(chǎn)生的爆炸事故在我們的實際生活中頻繁上演，因此作為業(yè)內人士有必要對這一問題進行逐步探究。

1 天然氣泄漏的基本理論和特點

（1）天然氣泄漏的理論 在天然氣膨脹和射流的作用下將會產(chǎn)生天然氣泄漏的現(xiàn)象。這里的射流是指管道內的流體通過斷面邊界條件作用下發(fā)生改變的管嘴、管道裂縫、孔口噴射向外界而形成的。由于空氣和天然氣在流動速度上并不相同，因此就導致了射入外界空氣環(huán)境的天然氣擾亂了穩(wěn)定的空氣流速間斷面，因為卷吸了周圍的大量空氣造成了漩渦的出現(xiàn)。另外，混合氣體在能量差和動量差的作用下仍然處于變形、分裂、移動的過程。

（2）天然氣管道孔口泄漏的特點 ①從管道孔口中涌出的天然氣一旦混入了周圍的空氣，質量和動量之間就會進入互相交換的活動，這個過程就是有關天然氣泄漏造成射流的過程。除了在碰撞的過程中，由于天然氣分子在泄漏射流的過程中一旦發(fā)生碰撞，其動量就會消失，因此沿射流線的軌跡動量不變。②管道的流體在孔口泄漏的作用下進入靜態(tài)環(huán)境，或多或少會受到干擾，流體會因為與周圍靜止的流體進行動量交換而失去穩(wěn)定性隨即產(chǎn)生漩渦。泄漏射流繼續(xù)以漩渦的形態(tài)一刻不停的吸入周圍的流體，在這個過程中泄漏的射流會不斷的增大、變形。從流體變成動量、方向為橫向的紊流后，原泄漏的流體會隨著動量的涌出而漸漸變小，逐步形成了局限在一定范圍內的速度梯度。③在密度的比較上空氣顯然比天然氣大，浮力的作用下，若泄漏射流繼續(xù)增加天然氣的流速也會相應增加，到泄漏射流核末端的時候天然氣的流速開始隨著混合阻力作用的發(fā)揮漸漸變小。因此可以明顯得出泄漏射流末端位置是具備正浮力性質的泄漏射流的軸向流速最大來源。

2 天然氣管道孔口泄漏模型的分類

根據(jù)參照依據(jù)的不同有關天然氣管道的泄漏也有著不同的分類。

以天然氣管道泄漏過程和不同的發(fā)展階段作為分類依據(jù)可以將泄漏的模型分為泄漏擴散、爆炸火焰、泄漏源三種，初始泄漏速率的計算模擬被越來越多的包含進了泄漏擴散模型。因此這為日后研究過程中泄漏擴散模型和泄漏源模型的整合提供了依據(jù)。

以天然氣氣體的類型為分類依據(jù)，由于管道內氣在不同內氣體源的作用下泄漏擴散的形式也有所不同，因此非重氣擴散模型和重氣擴散模型是管道氣體泄漏擴散模型的兩大分類。

以環(huán)境的介質作為分類依據(jù)，天然氣管道所依附的地理環(huán)境和鋪設的方式以及泄漏擴散的環(huán)境介質都不相同。

根據(jù)管道鋪設方式的不同，可以將天然氣泄漏擴散模型分為兩大類，其一是以大氣和土壤作為環(huán)境介質的地埋式管道泄漏，其二是以空氣作為環(huán)境介質的架空式管道泄漏。

3 天然氣管道孔口泄漏的危險區(qū)域

(1)危險區(qū)域的劃分 被確認為無毒無害氣體的甲烷如果在濃度極高的情況下依然存在安全隱患，在存在高濃度甲烷的環(huán)境中人會產(chǎn)生頭昏、乏力等不良現(xiàn)象，重者甚至引起窒息。以國外危險氣體職業(yè)接觸限值為參考依據(jù)，在允許接觸的范圍中甲烷濃度最高至6700mg/m3。甲烷的危害不止在于此，由于它屬于易燃易爆的氣體，這對周圍的人員和建筑而言是不小的威脅。如果甲烷在天然氣爆炸上下極限5%到15%之間，一旦遇到明火旋即出現(xiàn)燃燒爆炸現(xiàn)象，因此為避免天然氣泄漏所釋放出超標的甲烷氣體應做到科學有效的預防治理工作。

根據(jù)上文所述，計算甲烷泄漏擴散區(qū)域和確定甲烷濃度和甲烷爆炸區(qū)域濃度的上下限之間進行對比。若一個區(qū)域得出的甲烷濃度處于35800～～107500mg/m3的范圍之內，即可判定為危險區(qū)域。反之，不屬于危險區(qū)域。

(2)危險區(qū)域劃分的應用 天然氣管道中部發(fā)生破裂，其破裂的形式包括了小孔泄漏、空洞泄漏、破裂泄漏，假如前兩個的泄漏方式為連續(xù)泄漏。最后一個的泄漏方式為瞬態(tài)泄漏，在風速保持相同的條件下，擴散的速度隨著風速的提高而增加，危險濃度也相應地隨之減小。通過對下風向區(qū)域進行泄漏濃度的計算，可得出天然氣瞬時泄漏和連續(xù)泄漏的濃度圖。在靜風條件下，天然氣的泄漏量隨著泄漏孔徑的漸漸增大而增多，危險區(qū)域也因此以極快的速度增加。

天然氣會在較短暫的時間內因為管道的泄漏而釋放出大量的天然氣，天然氣釋放出的甲烷量會接近爆炸上下限和人員的不適范圍，在管道附近范圍內的人員和建筑物便會極大程度的受到爆炸的威脅。

借助分析孔口泄漏擴散模型特征的步驟，應該對選取參數(shù)的方法和模型進行確定。在對其確定的基礎之上，便能為建立天然氣管道孔口泄漏擴散模型提供依據(jù)，并劃分出泄漏擴散危險區(qū)域的方法。

4 結語

針對由天然氣管道孔口泄漏造成了安全隱患這一重大問題，首先需要對天然氣孔口泄漏和其特征有一個大概的了解，再對危險區(qū)域進行劃分，有效制止安全隱患的發(fā)生。

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