基于Phast軟件的甲烷泄漏事故后果模擬

縱 孟　易 俊　李慧民

(1. 重慶化工職業(yè)學(xué)院, 重慶 400020； 2. 重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 重慶 402260；3. 重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院， 重慶 401331)

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基于Phast軟件的甲烷泄漏事故后果模擬

縱 孟1易 俊2，3李慧民1

(1. 重慶化工職業(yè)學(xué)院, 重慶 400020； 2. 重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 重慶 402260；3. 重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院， 重慶 401331)

應(yīng)用Phast軟件對(duì)長(zhǎng)輸管線甲烷泄漏事故產(chǎn)生的后果進(jìn)行模擬。模擬顯示，當(dāng)泄漏發(fā)生后的氣云濃度最大時(shí)，在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0 ～ 192m范圍內(nèi)會(huì)導(dǎo)致人員不適、人員窒息或爆炸燃燒等危害；在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)192～420m范圍內(nèi)會(huì)導(dǎo)致人員不適或爆炸的危害；在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)420～498m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適等危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0 ～9.2m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息或爆炸燃燒等危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)9.2～26.0m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適或爆炸的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)26.0～37.0m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適的危害。

Phast軟件； 甲烷； 泄漏事故； 事故模擬

在現(xiàn)代危險(xiǎn)化學(xué)品管理當(dāng)中，管理過程不科學(xué)或操作不規(guī)范等原因?qū)е碌奈ｋU(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故頻發(fā)。針對(duì)泄漏事故可能的后果，學(xué)者們從預(yù)防和控制的角度出發(fā)，作了大量的預(yù)評(píng)價(jià)研究。Phast軟件由挪威船級(jí)社(DNV)開發(fā)，是專門用于石油、石化和天然氣行業(yè)進(jìn)行危險(xiǎn)分析和安全計(jì)算的軟件，已得到全世界許多國(guó)家的廣泛運(yùn)用和認(rèn)可[1]。該軟件可以模擬泄漏和擴(kuò)散、燃燒、爆炸和毒氣擴(kuò)散等過程[2]。本次研究嘗試應(yīng)用Phast軟件定量分析并模擬甲烷泄漏事故后果的多種情況，擬為危險(xiǎn)化學(xué)品行業(yè)管理和規(guī)劃提供理論參考[1-2]。

1　模擬參數(shù)的設(shè)定

泄漏甲烷在大氣中的擴(kuò)散和稀釋與大氣穩(wěn)定度有關(guān)。若大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，則泄漏氣體越容易擴(kuò)散和稀釋[3-4]，因此，大氣穩(wěn)定度直接影響模擬結(jié)果。

泄漏的裂口為狹窄的長(zhǎng)方形裂口。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在本次分析中裂口面積取管道面積A的20%[5]。

管徑(內(nèi)徑)、管線長(zhǎng)度、管道壓力、介質(zhì)溫度、管道輸氣量、密度和泄漏方向等因素，都是模擬分析的必要參數(shù)[6]。各參數(shù)設(shè)定情況見表1。

2　模擬結(jié)果與分析

2.1泄漏甲烷含量與距離關(guān)系

由中心線上泄漏甲烷含量與距離關(guān)系圖(圖1)可知，中心線上泄漏甲烷含量隨距離延長(zhǎng)而降低。在距離為0 ～ 20m時(shí)降低幅度較大，甲烷含量從100% 降低到60%；在20～220m時(shí)降低幅度變小，甲烷含量從60%降低到17%；在距離220m之后降低幅度更小。

2.2各時(shí)間點(diǎn)的氣云擴(kuò)散情況及危害區(qū)域

為了分析甲烷泄漏后不同時(shí)間點(diǎn)的氣云擴(kuò)散情況及危害區(qū)域，我們選取了5個(gè)時(shí)間點(diǎn)，分別繪制各時(shí)間點(diǎn)的氣云軌跡圖(圖2 — 圖6)。

由圖2可知，在甲烷泄漏后0.6s時(shí)下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～78m范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息、爆炸燃燒等危害。在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～9.2m范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生人員窒息、爆炸燃燒和人員窒息等危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)9.2～16.5m范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生爆炸燃燒和人員不適的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)16.5～18.0m范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生人員不適的危害。

表1　參數(shù)設(shè)定情況

圖2　甲烷泄漏后0.6 s時(shí)的氣云軌跡圖

圖3　甲烷泄漏后3.7 s時(shí)的氣云軌跡圖

由圖3可知，在甲烷泄漏后3.7s時(shí)在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～192m范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息、爆炸燃燒等危害；在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)192～210m范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生爆炸燃燒和人員不適的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～9.2m范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息、爆炸燃燒的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)9.2～25m范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生爆炸燃燒和人員不適的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)25～33m范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生人員不適的危害。

圖4　甲烷泄漏后9.3 s時(shí)的氣云軌跡圖

由圖4可知，在甲烷泄漏發(fā)生后9.3s時(shí)，在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～192m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息、爆炸燃燒等危害；在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)192～342m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸和人員不適的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0 ～ 9.2m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息、爆炸燃燒的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)9.2 ～ 26.0m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸和人員不適的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)26 ～37m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適的危害。

圖5　甲烷泄漏后13.6 s時(shí)的氣云軌跡圖

由圖5可知，在甲烷泄漏后13.6s時(shí)，在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～192m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息、爆炸燃燒等危害；在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)192～420m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸和人員不適等危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～9.2m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息、爆炸燃燒等危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)9.2～26.0m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸和人員不適的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)26～37m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適的危害。

由圖6可知，在甲烷泄漏后19.2s時(shí)，在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～192m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息、爆炸燃燒等危害；在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)192～420m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸和人員不適的危害；在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)420～498m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～9.2m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適、人員窒息、爆炸燃燒等危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)9.2～26.0m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸和人員不適的危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)26～37m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適等危害。

經(jīng)過上述分析，得到發(fā)生泄漏后各個(gè)時(shí)間點(diǎn)危害性質(zhì)及危害區(qū)域表(表2)。

圖6　甲烷泄漏后19.2 s時(shí)的氣云軌跡圖

泄漏時(shí)間/s人員窒息區(qū)域爆炸燃燒區(qū)域人員不適區(qū)域下風(fēng)向距離∕m橫風(fēng)向距離∕m下風(fēng)向距離∕m橫風(fēng)向距離∕m下風(fēng)向距離∕m橫風(fēng)向距離∕m0.60～780～9.2—9.2～16.5—16.5～18.03.70～1920～9.2192～2109.2～25.0—25.0～33.09.30～1920～9.2192～3429.2～26.0—26.0～37.013.60～1920～9.2192～4209.2～26.0—26.0～37.019.20～1920～9.2192～4209.2～26.0420～49826.0～37.0

3　結(jié)　語

通過以上模擬結(jié)果得出以下結(jié)論：發(fā)生泄漏后甲烷含量隨時(shí)間增加而逐漸降低，降低速率隨時(shí)間增加而增大；中心線上泄漏氣體含量隨距離增加而減小。距離泄漏點(diǎn)不同位置和不同時(shí)間所受到的傷害形式也不同：在泄漏發(fā)生后9.3s時(shí)，在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～192m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員窒息、爆炸燃燒和人員不適等危害；在下風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)192 ～ 342m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸和人員不適等危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)0～9.2m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員窒息、爆炸燃燒和人員不適等危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)9.2～26.0m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸和人員不適等危害；在橫風(fēng)向距離泄漏點(diǎn)26～37m范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生人員不適等危害。

[1] 李晰睿，肖國(guó)清.架空天然氣管道泄漏事故后果數(shù)值模擬研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2015，11(4):77-83.

[2] 韓策，吳明，趙梁，等.基于FLUENT的架空天然氣管道泄漏數(shù)值模擬[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào),2014，34(6):30-34.

[3] 李朝陽，馬貴陽，徐柳.架空及埋地天然氣管道泄漏擴(kuò)散數(shù)值研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011，7(7):66-69.

[4] 竇梓元.水體中天然氣管道泄漏擴(kuò)散規(guī)律及后果分析[D].成都：西南石油大學(xué)，2015：20-25.

[5] 李朝陽,馬貴陽.高含硫天然氣管道泄漏數(shù)值模擬[J].化學(xué)工程，2011，39(7):88-92.

[6] 劉勇峰,吳明,趙玲,等.城市天然氣管道泄漏數(shù)值模擬[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2012,38(8):51-53.

SimulationofMethaneLeakageAccidentConsequenceBasedonPhastSoftware

ZONG Meng1YI Jun2,3LI Huimin1

(1. Chongqing Chemical Industry Vocational College, Chongqing 400020, China;2.ChongqingVocationalInstituteofEngineering,Chongqing402260,China;3.SchoolofSafetyEngineering,ChongqingUniversityofScienceandTechnology,Chongqing401331,China)

Themethaneleakageaccidentconsequenceoflong-distancepipelineissimulatedbyphastsoftware.Theresultisobtainedthroughtheprocessofsimulation,whenthegascloudconcentrationreachesthemaximumafterleaking,thesuffocation,explosionandburning,discomfortandotherhazardswilloccurintherangeof0～192mofwinddirection;explosionanddiscomfortwilloccurintherangeof192～420mofwinddirection;discomfortwilloccurintherangeof420～498mofwinddirection.Thesuffocation,explosionandburning,discomfortandotherhazardswilloccurintherangeof0～9.2moftransversewind;explosionanddiscomfortwilloccurintherangeof9.2～26.0moftransversewind;discomfortwilloccurintherangeof26.0～37.0mofwinddirection.

Phastsoftware;CH4;leakageaccident;consequencesimulation

2015-12-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“突發(fā)事件應(yīng)急準(zhǔn)備與應(yīng)急預(yù)案體系研究”(91024031)

縱孟(1989 — )，男，安徽淮北人，碩士，研究方向?yàn)橛蜌饣み^程安全。

X924

A

1673-1980(2016)04-0066-04