不同標準對管道泄漏速率計算的差異及修改建議

【摘要】目的：為了找出各類標準對管道泄漏速率計算結果的正確性。過程和方法：探討用簡單的舉例計算方式，分別計算液體泄漏和氣體泄漏兩種狀態，采用液化天然氣和壓縮天然氣兩種物態，忽略物態的具體性質及標準的應用細節，對國家推薦標準和行業標準SY/T 6714—2008、GB/T 27512—2011、GB/T 34346—2017、AQ/T 3046—2013、GB/T 26610.5—2014、HJ 169—2018、GB/T 37243—2019及APIRP 581—2016（2019）進行實際演算，列表比較。結果：除了HJ 169—2018《建設項目環境風險評價技術導則》外，幾個標準需要進行勘誤及改進。特別是美國石油學會API 581多次版本公式或術語缺陷，國內行業標準在參考采用時核算不足。

【關鍵詞】管道；泄漏速率；計算差異；標準比對

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.05.041

Differences in Calculation of Pipeline Leakage Rate in Different Standards and Suggestions for Modification

LI Anhu

（GuizhouAnke Labor Protection Technology Co.， Ltd.， Guiyang 550014， China）

Abstract： Purpose： To find out the correctness of calculation results of pipeline leakage rate by various standards. Process and method： discuss how to calculate the two states of liquid leakage and gas leakage respectively with simple examples，using liquefied natural gas （LNG） and compressed natural gas （CNG）， ignoring the specific properties of the state and the application details of the standard. For national recommended standards and industrial standards SY/T 6714—2008， GB/T 27512—2011， GB/T 34346—2017， AQ/T 3046—2013， GB/T 26610.5—2014， HJ 169—2018， GB/T 37243—2019 and APIRP 581—2016 （2019） are used for actual calculation and list comparison. Results： In addition to HJ 169—2018 Technical Guidelines for Environmental Risk Assessment of Construction Projects， several standards need to be corrected and improved. In particular， the formula or terminology of API 581 of American Petroleum Institute in multiple versions is defective， and the domestic industry standards are insufficient when used by reference.

Key words： conduit； leakage rate； calculate the difference； standard comparison

泄漏速率作為安全定量計算的基礎數據，會涉及排放濃度、池火災、噴射火計算，它的準確性會影響安全防護距離的判斷，從安全經濟性考慮有必要深入探討。為明確原因，進一步了解說明各標準的來源，公式及式項說明，指出標準中計算公式存在的問題，本文對相關標準中計算公式的差異進行比較。

1各泄漏計算結果比較

1.1液體泄漏計算

假設有一液化天然氣管道，DN200，工作壓力為0.8 MPa，環境壓力為0.1 MPa，環境溫度為20℃，發生中孔（D=25 mm或1 in）破裂泄漏，液化天然氣密度計450 kg/m3。摩爾質量M=16.04×10-3kg/mol=16.04 g/mol。高度h以0計，Kv，n以1.0計，計算結果保留四位有效數字。由于計算結果用于估算不同規格孔徑泄漏速率，孔徑選擇數據相差數倍（如6 mm，25 mm，100 mm等），故公式中其他式項數據有效位數的選擇滿足計算準確度要求。本文主要為比較不同標準液體泄漏速率計算差異，忽略液化天然氣兩相流物理化學性質。

1.1.1不同標準液體泄漏計算公式比較

由于標準計算公式可能存在問題，造成結果出現錯誤。故有必要將關鍵計算過程進行比較，具體見表1。

1.1.2液體泄漏計算說明

SY/T 6714—2008翻譯來源于API 581—2000，查閱API 581—2000，7.5.1（7.1）及附錄J.2.6.1（J.9）公式存在符號說明不一致，計算結果不可信。在API RP 581—2008以后的版本已經對API 581—2000更新校正。

GB/T 27512—2011標準引用的GB/T 20801.6—2006《壓力管道規范工業管道第6部分：安全防護》（已經有更新的2020版，不詳述）中有爆破片裝置的最小泄放面積液體計算公式，經轉換計算結果為Ws=7.524 kg·s-1。可認為GB/T 27512—2011泄漏計算公式是在進行簡化過程中出現差錯造成的。

GB/T 34346—2017標準計算不同的原因，是將原征求意見稿中的公式簡化過程中出現差錯造成。若簡化后將壓力單位用Pa，可以使公式計算結果同其他標準相符。

用硫酸管道核算，DN200，工作壓力為0.6 MPa，環境壓力為0.1 MPa，環境溫度為20℃，發生中孔（D=25 mm或1 in）破裂泄漏，硫酸密度計1840 kg/m3。摩爾質量M=98×10-3kg/mol=98 g/mol。計算結果按上述8個標準順序分別2.621×10-4、10.19、1.284×10-2、12.84、12.84、12.84、12.84、12.84（kg·s-1），復核結果表明用硫酸、液化天然氣舉例計算找出的標準問題是一致的。

1.2氣體泄漏計算

假設有一天然氣管道，DN200，工作壓力為1.6 MPa，環境壓力為0.1 MPa，環境溫度為20℃，發生中孔（D=25 mm或1 in）破裂泄漏，天然氣質量熱容比γ=Cp/Cv=1.35。氣體流動屬音速流動。摩爾質量M=16.04×10-3kg/mol=16.04 g/mol。計算結果保留四位有效數字。由于計算結果用于估算不同規格孔徑泄漏速率，孔徑選擇數據相差數倍（如6 mm，25 mm，100 mm等），故公式中其他式項數據有效位數的選擇滿足計算準確度要求。

1.2.1氣體泄漏計算公式

由于標準計算公式可能存在問題，造成結果出現錯誤。故有必要將關鍵計算過程進行數據顯示，具體見表2。

1.2.2氣體泄漏計算說明

AQ/T 3046—2013、GB/T 37243—2019標準計算結果較大，與其他標準相差10-3/2倍。GB/T 37243—2019來源于AQ/T 3046—2013，而AQ/T 3046—2013又引用SY/T 6714，SY/T 6714又修改采用API 581—2000。由于前面標準的公式存在問題，導致結果失誤。現方程需要將“泄漏氣體或蒸氣的分子量”變為“摩爾質量，單位為千克每摩爾（kg/mol）”。APIRP 581—2016（2019）標準計算結果較大，API RP 581—2016（2019）4.13術語說明R=8.314 J/（kg-mol-K）；數據或單位存在問題。根據API RP 581—2008版、2016版及2019增編1版的5.13術語說明，可勘誤修正為R=8314 J/（kg-mol-K）。

2泄漏計算公式中量和單位說明比較

為便于理解根據文中例子進行合理簡化（見表3和表4）。

3結論與建議

1）標準應統一為國家法定計量單位，增加標準可比性。 2）GB/T 27512—2011《埋地鋼質管道風險評估方法》液體泄漏計算公式建議更換；氣體泄漏計算公式建議簡化。3）GB/T 34346—2017《基于風險的油氣管道安全隱患分級導則》液體泄漏計算公式建議將壓力單位MPa變為Pa；氣體泄漏計算公式建議將公式項中兩個單位調整：壓力單位MPa變為Pa；摩爾質量單位g/mol變為kg/mol。4）AQ/T 3046—2013《化工企業定量風險評價導則》氣體泄漏計算公式建議將公式項中將“泄漏氣體或蒸氣的分子量”變為“摩爾質量，單位為千克每摩爾（kg/mol）”。5）GB/T 26610.5—2014《承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則第5部分：失效后果定量分析方法》液體泄漏計算公式建議簡化；氣體泄漏計算公式建議簡化。6）HJ 169—2018《建設項目環境風險評價技術導則》液體泄漏計算公式和氣體泄漏計算公式，已經修正，可作為其他標準的參考。7）GB/T 37243—2019《危險化學品生產裝置和儲存設施外部安全防護距離確定方法》氣體泄漏計算公式建議將公式項中將“泄漏氣體或蒸氣的分子量”變為“摩爾質量，單位為千克每摩爾（kg/mol）”。8）API RP 581—2016（2019）Risk-Based Inspection Methodology（基于風險的檢測方法）氣體泄漏計算公式建議將4.13 Nomenclature（術語）：R is the universal gas constant（普適氣體常數）=8.314 J/（kg-mol-K）勘誤修正為8314 J/（kgmol-K）。9）建議標準編制說明有實際操作演算或實驗結果支持，增加實用性。10）建議根據標準開發的計算模式軟件，使用說明書要有詳細的推算過程，使計算結果的準確性可以復核，避免結果錯誤。

【參考文獻】

[1]基于風險檢驗的基礎方法：SY/T 6714—2008[S].

[2]埋地鋼質管道風險評估方法：GB/T 27512—2011[S].

[3]基于風險的油氣管道安全隱患分級導則：GB/T 34346—2017[S].

[4]化工企業定量風險評價導則：AQ/T 3046—2013[S].

[5]承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則第5部分：失效后果定量分析方法：GB/T 26610.5—2014[S].

[6]建設項目環境風險評價技術導則：HJ 169—2018[S].

【作者簡介】

李安虎，男，1967年出生，工程師，學士，研究方向為化工、檢測、環保及安全。

（編輯：李鈺雙）