天然氣管道泄漏燃爆后果研究

白雙齊 楊坤 宋凱

摘? 要：天然氣管道發生腐蝕泄漏后遇到明火易發生燃爆事故，研究天然氣泄漏燃爆后果對制定應急方案具有重要意義。采用phast軟件建立了天然氣管道泄漏模型，研究了管道壓力、泄漏孔徑、風速等因素對天然氣泄漏燃爆后果的影響。結果表明，隨著泄漏孔徑的增大，沖擊波壓力提前急劇升高，在最高點保持地距離變長，延后急劇下降，整體表現為沖擊波壓力破壞范圍加大，燃爆沖擊波影響的范圍擴大，且范圍擴大明顯。隨著分離器壓力的增大，燃爆沖擊波影響的范圍擴大，影響范圍的擴大量逐漸變小。環境風速對下風向沖擊波壓力幾乎沒有影響，對燃爆沖擊波范圍的影響很小。

關鍵詞：天然氣;管道;泄漏;燃爆;超壓

1.引言

天然氣管道長期處于潮濕的土壤環境中，復雜的土壤條件對管道具有一定的腐蝕性，可能造成天然氣管道腐蝕泄漏。當泄漏的天然氣遇到明火時，可能發生燃爆的安全事故，對周邊的工作人員和建筑物造成不同程度的損害。劉富君等人

修正了高斯煙羽模型的相關參數，研究了天然氣管道泄漏火災和爆炸所造成的危險范圍半徑和最低的安全距離。彭星煜等人模擬計算了火災的熱輻射危害區域范圍，采用新TNT當量法得到了爆炸沖擊波對周邊環境的破壞程度。城鎮天然氣管道在潮濕復雜的環境中易腐蝕泄漏，研究天然氣擴散特性對保障管道周邊居

民安全及制定應急處理方案具有重要意義。采用phast軟件建立了天然氣管道圓孔泄漏擴散模型，研究了泄漏孔徑、管道壓力、風速對泄漏擴散特性的影響。結果表明，泄漏孔徑的增大對天然氣泄漏擴散區域影響較大，下風向最大距離和云團高度均明顯增加。隨著管道壓力的增大，天然氣擴散的云團區域范圍明顯變大，下風向最大距離和云團高度均明顯增加。隨著環境風速的增大，天然氣云團覆蓋的區域范圍變大，下風向擴散最大距離變大，云團達到的最高高度反而降低。本文采用phast軟件建立了天然氣管道圓孔泄漏擴散模型，研究了泄漏孔徑、管道壓力、風速對泄漏擴散特性的影響。

2.泄漏數值仿真模型

2.1模擬參數設置

以某天然氣管道為研究對象，管道的公稱直徑為DN300，運行壓力為1.0MPa。控制變量設置為管道壓力、泄漏孔徑、風速，研究不同影響因素對天然氣泄漏燃爆后果的影響，管道壓力設置范圍為0.6MPa至1.4MPa，梯度為0.2MPa，泄漏孔徑設置為20mm至100mm，梯度為20mm，風速設置為4m/s至20m/s，梯度為4m/s。

2.2建立模型

采用Phast軟件建立天然氣管道泄漏燃爆模型，在天然氣管道側面設置泄漏孔。

3.天然氣管道點蝕天然氣泄漏爆燃特性

3.1泄漏孔徑對泄漏燃爆的影響

改變泄漏孔徑大小，得到天然氣泄漏燃爆后產生的沖擊壓力曲線，側面圖如圖2，沖擊波壓力為20KPa燃爆界線俯視圖如圖1所示。

由圖1可知，在泄漏孔下風方向，沖擊波壓力緩慢升高后急劇升高至最高點，在最高點保持一段距離急劇下降后緩慢降低至較低水平，整體呈現“山峰”形狀。隨著泄漏孔徑的增大，沖擊波壓力提前急劇升高，在最高點保持的距離變長，延后急劇下降，整體表現為沖擊波壓力破壞范圍加大。隨著泄漏孔徑的增大，燃爆沖擊波影響的范圍擴大，且范圍擴大明顯。

3.2分離器壓力對泄漏燃爆的影響

改變分離器壓力大小，得到天然氣泄漏燃爆后產生的沖擊壓力曲線，沖擊波壓力為20KPa燃爆界線俯視圖如圖3所示。由圖2可知，分離器壓力由0.6MPa升高至0.8MPa時，沖擊波壓力變化并不明顯，壓力由0.8MPa升高至1.0MPa時，沖擊波壓力曲線整體前移，沖擊波壓力提前急劇升高，穩定一段距離后提前急劇下降。壓力由1.0MPa升高至1.4MPa時，沖擊波壓力變化不明顯。隨著分離器壓力的增大，燃爆沖擊波影響的范圍擴大。隨著分離器壓力的增大，影響范圍的擴大量逐漸變小，壓力較小時，影響范圍擴大明顯，壓力較大時，影響范圍擴大并不顯著。

3.3風速對泄漏燃爆的影響

改變風速大小，得到天然氣泄漏燃爆后產生的沖擊壓力曲線，環境風速對下風向沖擊波壓力幾乎沒有影響。當風速達到20m/s時，沖擊波壓力急劇升高至最高點后急劇下降，在沖擊波壓力最高點不再保持一定的距離不變。隨著環境風速的增大，燃爆沖擊波影響的范圍減小，但環境風速對燃爆沖擊波范圍的影響很小。

結語

本文采用phast軟件建立了天然氣管道泄漏模型，基于傷害準則研究了管道壓力、泄漏孔徑、風速等因素對天然氣泄漏燃爆后果的影響。主要結論如下：（1）在泄漏孔下風方向，沖擊波壓力緩慢升高后急劇升高至最高點，在最高點保持一段距離急劇下降后緩慢降低至較低水平，整體呈現“山峰”形狀。（2）隨著泄漏孔徑的增大，沖擊波壓力提前急劇升高，在最高點保持的距離變長，延后急劇下降，整體表現為沖擊波壓力破壞范圍加大。（3）隨著泄漏孔徑的增大，燃爆沖擊波影響的范圍擴大，且范圍擴大明顯。（4）隨著分離器壓力的增大，燃爆沖擊波影響的范圍擴大，影響范圍的擴大量逐漸變小。（5）環境風速對下風向沖擊波壓力幾乎沒有影響，對燃爆沖擊波范圍的影響很小。

參考文獻

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