天然氣站場(chǎng)冷放空中硫化氫擴(kuò)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(dāng)中。該文采用挪威船級(jí)社（DNV）的定量風(fēng)險(xiǎn)分析軟件PHAST，搭建國(guó)外某天然氣站場(chǎng)的放空模型。分析表明，在同等釋放速率下，風(fēng)速越小，硫化氫的危害區(qū)域越遠(yuǎn)離地面;相同風(fēng)速條件下，天然氣釋放速率越小，硫化氫的危害區(qū)域越貼近地面，對(duì)運(yùn)行人員危害的可能性越大。

關(guān)鍵詞：天然氣;硫化氫;冷放空;健康;PHAST

天然氣放空的同時(shí)硫化氫會(huì)隨之?dāng)U散到大氣中，作為一種大氣污染物，它嚴(yán)重影響人類的健康。在低濃度時(shí)會(huì)刺激人的眼睛、鼻子、喉嚨和呼吸系統(tǒng);高濃度會(huì)導(dǎo)致休克、急速的昏迷和死亡。

1 搭建含硫化氫天然氣擴(kuò)散模型

1.1 氣體擴(kuò)散控制方程

冷放空氣體擴(kuò)散遵循質(zhì)量、動(dòng)量、能量和物質(zhì)組分守恒方程，建立冷放散氣體擴(kuò)散數(shù)值模擬基本方程組，即：

（1）

式（1）中四項(xiàng)分別表示瞬態(tài)項(xiàng)、對(duì)流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)以及源項(xiàng)，其中：

ρ為密度;

Φ為通用變量;

u為速度;

Γ為擴(kuò)散系數(shù);

SΦ為源項(xiàng)。

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(lǐng)域危險(xiǎn)分析和安全計(jì)算軟件。采用軟件內(nèi)嵌的UDM氣體擴(kuò)散模塊可以模擬浮氣、中氣、重氣的各種連續(xù)或者瞬時(shí)釋放源，適用于包括含有硫化氫天然氣在內(nèi)的多種易燃、有毒的多組分氣體。

1.2.1 大氣穩(wěn)定度和風(fēng)速參數(shù)

Pasquill- Gifford根據(jù)風(fēng)速的大小和白天陽(yáng)光輻射的強(qiáng)弱或夜晚云層的覆蓋程度對(duì)大氣穩(wěn)定度劃分了從A到F六個(gè)等級(jí)，見表1。

1.2.2 其他主要參數(shù)

天然氣的氣質(zhì)組分，見表2;

天然氣的放空工況，見表3。

2 模擬結(jié)果及分析

通過(guò)模擬放空中存在的三種不同工況，考慮風(fēng)力條件為5D和1F，硫化氫在三個(gè)濃度限值下的擴(kuò)散結(jié)果：

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

在夜間穩(wěn)定風(fēng)速1F下的擴(kuò)散半徑為54.3m，如圖1（b）所示。

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

在夜間穩(wěn)定風(fēng)速1F下的擴(kuò)散半徑為89.5m，如圖1（d）所示。

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

在夜間穩(wěn)定風(fēng)速1F下的擴(kuò)散半徑為92m，如圖1（f）所示。

3 結(jié)論及建議

在相同釋放速率下，風(fēng)速越小越穩(wěn)定，空氣的湍流強(qiáng)度越小，硫化氫的危害區(qū)域離地面越高。相同風(fēng)力條件下，天然氣的釋放初速度就越大，硫化氫的危害區(qū)域距離地面越遠(yuǎn)。硫化氫的濃度隨著擴(kuò)散范圍的增大逐漸降低，當(dāng)從5ppm閥限值降低到3.5ppm限值時(shí)，硫化氫的危害區(qū)域略有擴(kuò)大。