天然氣管道高后果區(qū)泄漏爆炸應(yīng)急處置研究

張寬

摘要：在人們的日常生活中，天然氣的使用是必不可少的。我國(guó)目前有西氣東輸、川氣東送等多條天然氣長(zhǎng)輸管道，途經(jīng)地貌多樣，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沿線常穿越地震、泥石流、滑坡、塌陷等災(zāi)害多發(fā)的高后果區(qū)，可能導(dǎo)致管道內(nèi)天然氣大量泄漏，一旦遇到明火，易造成著火爆炸等事故。因此，制定應(yīng)急處置措施具有重要意義。

關(guān)鍵詞：天然氣長(zhǎng)輸管道;應(yīng)急處置;高后果區(qū);爆炸

引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，天然氣的應(yīng)用得到迅速的發(fā)展，燃?xì)庾鳛橹匾哪茉葱问街粦?yīng)用越來(lái)越廣泛。城市燃?xì)夤艿酪话悴捎寐竦胤绞戒佋O(shè)，但由于受腐蝕和人為破壞等因素的作用，天然氣管道泄漏事故時(shí)有發(fā)生。天然氣爆炸極限范圍較大，具有易燃、易爆的性質(zhì)，天然氣泄漏爆炸事故一般會(huì)造成大量人員傷亡和嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失，具有較大的危害性。因此，對(duì)天然氣管道泄漏后，確定其危害范圍具有重大意義。

1概述

高后果區(qū)是指如果管道發(fā)生泄漏會(huì)危及公眾安全，對(duì)財(cái)產(chǎn)、環(huán)境造成較大破壞的區(qū)域。GB50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》將管道沿線地區(qū)劃分成4個(gè)等級(jí)，其中三級(jí)和四級(jí)地區(qū)人口密度相對(duì)集中。根據(jù)中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY1180.2—2009《管道完整性管理規(guī)范》以及美國(guó)交通運(yùn)輸部的法規(guī)49CFR192《管道安全法天然氣部分》，高后果區(qū)應(yīng)納入三級(jí)地區(qū)或四級(jí)地區(qū)。隨著我國(guó)新農(nóng)村及城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，原來(lái)低地區(qū)等級(jí)的高壓輸氣管道敷設(shè)區(qū)逐漸過(guò)渡為城市規(guī)劃建設(shè)用地，造成地區(qū)等級(jí)升級(jí)，形成新的高后果區(qū)，管道一旦發(fā)生泄漏，常會(huì)發(fā)生火災(zāi)爆炸、環(huán)境污染等事故，將對(duì)社會(huì)生活、人身安全和自然環(huán)境造成重大危害。因此，對(duì)此類地區(qū)天然氣管道泄漏規(guī)律的研究，顯得尤為重要。對(duì)于氣體擴(kuò)散規(guī)律，等經(jīng)典擴(kuò)散模型，隨后國(guó)內(nèi)學(xué)者又對(duì)這些經(jīng)典模型進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。但上述半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂幸欢ň窒扌?，其?zhǔn)確性受到模型假設(shè)和氣體擴(kuò)散條件的影響。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)逐漸應(yīng)用到了氣體泄漏規(guī)律的研究。對(duì)城區(qū)天然氣管道泄漏進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了不同風(fēng)速及管道壓力下天然氣的泄漏情況;對(duì)架空和埋地高含硫天然氣管道泄漏進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析對(duì)比了兩種工況下的天然氣泄漏情況;基于穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)對(duì)架空及埋地天然氣管道泄漏進(jìn)行了數(shù)值模擬，證明了風(fēng)場(chǎng)穩(wěn)態(tài)模擬對(duì)天然氣泄漏擴(kuò)散模擬的必要性。然而，已有天然氣管道泄漏的模擬研究少有考慮管道泄漏位置及高后果區(qū)這一特定環(huán)境對(duì)天然氣泄漏擴(kuò)散的影響。為此，本文運(yùn)用FLUENT專業(yè)模擬軟件，綜合考慮不同風(fēng)速、不同泄漏位置、不同管道壓力以及高后果區(qū)復(fù)雜環(huán)境對(duì)高壓天然氣管道泄漏擴(kuò)散的影響，建立天然氣管道泄漏模型，模擬得出了高后果區(qū)天然氣管道泄漏擴(kuò)散規(guī)律。

2天然氣管道高后果區(qū)泄漏爆炸應(yīng)急處置研究

2.1處置力量

埋地天然氣長(zhǎng)輸管道發(fā)生泄漏后，如果沒形成受限空間，遇火源可能會(huì)發(fā)生閃爆，當(dāng)泄漏90s時(shí)發(fā)生閃爆，爆炸超壓影響較大，一般會(huì)低于20kPa，但在2m/s的風(fēng)速下，閃爆后持續(xù)燃燒產(chǎn)生熱輻射（≥4kW/m2）影響半徑將達(dá)到490m。發(fā)生爆炸事故后，管道內(nèi)壓力較大，氣體會(huì)持續(xù)外泄并參與燃燒，作戰(zhàn)主要任務(wù)為控制火勢(shì)蔓延，對(duì)周邊人群進(jìn)行疏散、搜救，因此，救援力量應(yīng)以消防、搜救、管道維搶修為主。

2.2帶壓焊接堵漏技術(shù)

在天然氣管道運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，如果壓力容器、管道出現(xiàn)泄漏，要在動(dòng)態(tài)條件下實(shí)施補(bǔ)焊操作，是非常難實(shí)現(xiàn)的。補(bǔ)焊時(shí)溫度非常高，管道金屬會(huì)出現(xiàn)融化的狀態(tài)，在金屬未完全冷卻之前，管道內(nèi)噴出的介質(zhì)會(huì)對(duì)融化的金屬產(chǎn)生一定的作用，甚至可能噴跑融化金屬。其次，泄漏的介質(zhì)往往具有危險(xiǎn)性，在高溫環(huán)境下焊接，非常容易引起爆炸，安全性極低。帶壓焊接堵漏技術(shù)是在高壓條件下，使用熱能將焊接材料融化，然后用融化的金屬來(lái)填補(bǔ)裂縫，從而在裂縫處形成一個(gè)焊接接頭，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)堵漏的目的。這種堵漏技術(shù)是一種較為特殊的技術(shù)，在實(shí)際操作中需要用到較多的設(shè)備，而且工藝較為繁瑣，在實(shí)際應(yīng)用中較少。

2.3不同風(fēng)速時(shí)甲烷體積分?jǐn)?shù)分布

以輸氣壓力（絕對(duì)壓力）10MPa和管頂泄漏為例進(jìn)行模擬，分析不同風(fēng)速（v=2m/s，3m/s，4m/s和5m/s）時(shí)甲烷體積分?jǐn)?shù)分布，模擬截圖分別見圖4a～4d（流速單位為m/s）。比較圖4a～4d可以得知：在研究范圍內(nèi)，風(fēng)速對(duì)甲烷爆炸范圍的影響較大，風(fēng)的作用使爆炸范圍向下風(fēng)向移動(dòng)并且爆炸極限邊線高度逐漸下降。由于建筑物的阻礙，風(fēng)對(duì)兩建筑物之間甲烷的稀釋作用不明顯，其間甲烷體積分?jǐn)?shù)均在15%以上，雖不會(huì)發(fā)生爆炸，但有使人窒息的危險(xiǎn)。風(fēng)速為2m/s時(shí)，爆炸范圍較小，主要分布在距地面50～60m的高空區(qū)域;風(fēng)速為3m/s時(shí)，爆炸范圍擴(kuò)大并且下移，主要分布在距地面30～60m的區(qū)域;風(fēng)速為4m/s時(shí)，爆炸范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，主要分布在較高建筑物背風(fēng)側(cè)距地面45m以下區(qū)域;風(fēng)速為5m/s時(shí)，爆炸范圍有所減小，主要分布在較高建筑物背風(fēng)側(cè)距地面35m以下區(qū)域。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)管道高后果區(qū)泄漏模擬分析，得到最不利條件下的模擬，定量分析可能產(chǎn)生的爆炸危害，可以得到救援力量、搜救力量、維搶修力量的最佳處置方案，最大限度高效處置險(xiǎn)情，并能節(jié)約大量人力、物力資源。此類管道高后果區(qū)泄漏爆炸應(yīng)急處置方式，能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)長(zhǎng)輸天然氣管道險(xiǎn)情處置提供參照依據(jù)。

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