天然氣站場冷放空中硫化氫擴散分析

孟令兵

摘 要：硫化氫（H2S）作為一種有毒氣體，廣泛存在于天然氣當中。該文采用挪威船級社（DNV）的定量風險分析軟件PHAST，搭建國外某天然氣站場的放空模型。分析表明，在同等釋放速率下，風速越小，硫化氫的危害區域越遠離地面;相同風速條件下，天然氣釋放速率越小，硫化氫的危害區域越貼近地面，對運行人員危害的可能性越大。

關鍵詞：天然氣;硫化氫;冷放空;健康;PHAST

天然氣放空的同時硫化氫會隨之擴散到大氣中，作為一種大氣污染物，它嚴重影響人類的健康。在低濃度時會刺激人的眼睛、鼻子、喉嚨和呼吸系統;高濃度會導致休克、急速的昏迷和死亡。

1 搭建含硫化氫天然氣擴散模型

1.1 氣體擴散控制方程

冷放空氣體擴散遵循質量、動量、能量和物質組分守恒方程，建立冷放散氣體擴散數值模擬基本方程組，即：

（1）

式（1）中四項分別表示瞬態項、對流項、擴散項以及源項，其中：

ρ為密度;

Φ為通用變量;

u為速度;

Γ為擴散系數;

SΦ為源項。

1.2模型選取及邊界條件

PHAST軟件是一種專門用于石油石化和天然氣領域危險分析和安全計算軟件。采用軟件內嵌的UDM氣體擴散模塊可以模擬浮氣、中氣、重氣的各種連續或者瞬時釋放源，適用于包括含有硫化氫天然氣在內的多種易燃、有毒的多組分氣體。

1.2.1 大氣穩定度和風速參數

Pasquill- Gifford根據風速的大小和白天陽光輻射的強弱或夜晚云層的覆蓋程度對大氣穩定度劃分了從A到F六個等級，見表1。

1.2.2 其他主要參數

天然氣的氣質組分，見表2;

天然氣的放空工況，見表3。

2 模擬結果及分析

通過模擬放空中存在的三種不同工況，考慮風力條件為5D和1F，硫化氫在三個濃度限值下的擴散結果：

速率為3.77 kg/s時，在5D風力下，TLV?-TWA閥限值的硫化氫擴散半徑56m，如圖1（a）所示;

在夜間穩定風速1F下的擴散半徑為54.3m，如圖1（b）所示。

速率為9.86 kg/s時，在5D風力下，TLV?-TWA閥值的硫化氫擴散半徑74m，如圖1（c）所示;

在夜間穩定風速1F下的擴散半徑為89.5m，如圖1（d）所示。

速率為16.41 kg/s時，在5D風力下，TLV?-TWA閥值的硫化氫擴散半徑89m，如圖1（e）所示;

在夜間穩定風速1F下的擴散半徑為92m，如圖1（f）所示。

3 結論及建議

在相同釋放速率下，風速越小越穩定，空氣的湍流強度越小，硫化氫的危害區域離地面越高。相同風力條件下，天然氣的釋放初速度就越大，硫化氫的危害區域距離地面越遠。硫化氫的濃度隨著擴散范圍的增大逐漸降低，當從5ppm閥限值降低到3.5ppm限值時，硫化氫的危害區域略有擴大。