天然氣管道泄漏燃爆后果研究

趙建輝，陳曄

（中石油昆侖燃?xì)庥邢薰?，河北保?071000）

1 引言

天然氣管道長(zhǎng)期處于潮濕的土壤環(huán)境中，復(fù)雜的土壤條件對(duì)管道具有一定的腐蝕性，可能造成天然氣管道腐蝕泄漏。當(dāng)泄漏的天然氣遇到明火時(shí)，可能發(fā)生燃爆的安全事故，對(duì)周邊的工作人員和建筑物造成不同程度的損害[1]。劉富君等人[2]修正了高斯煙羽模型的相關(guān)參數(shù)，研究了天然氣管道泄漏火災(zāi)和爆炸所造成的危險(xiǎn)范圍半徑和最低的安全距離。彭星煜等人[3]模擬計(jì)算了火災(zāi)的熱輻射危害區(qū)域范圍，采用新TNT當(dāng)量法得到了爆炸沖擊波對(duì)周邊環(huán)境的破壞程度。

2 泄漏數(shù)值仿真模型

2.1 模擬參數(shù)設(shè)置

以某天然氣管道為研究對(duì)象，管道的公稱直徑為DN 300，運(yùn)行壓力為1.0 MPa?？刂谱兞吭O(shè)置為管道壓力、泄漏孔徑、風(fēng)速，研究不同影響因素對(duì)天然氣泄漏燃爆后果的影響，管道壓力設(shè)置范圍為0.6 MPa至1.4 MPa，梯度為0.2 MPa，泄漏孔徑設(shè)置為20mm至100 mm，梯度為20 mm，風(fēng)速設(shè)置為4 m/s至20 m/s，梯度為4 m/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(cè)面設(shè)置泄漏孔，如圖1所示。

圖1 天然氣管道泄漏模型

3 天然氣管道點(diǎn)蝕天然氣泄漏爆燃特性

3.1 泄漏孔徑對(duì)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(chǎn)生的沖擊壓力曲線，側(cè)面圖如圖2，沖擊波壓力為20 KPa燃爆界線俯視圖如圖3所示。

圖2 不同泄漏孔徑下下風(fēng)向壓力圖

圖3 不同泄漏孔徑下燃爆界線

由圖2可知，在泄漏孔下風(fēng)方向，沖擊波壓力緩慢升高后急劇升高至最高點(diǎn)，在最高點(diǎn)保持一段距離急劇下降后緩慢降低至較低水平，整體呈現(xiàn)“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(diǎn)保持的距離變長(zhǎng)，延后急劇下降，整體表現(xiàn)為沖擊波壓力破壞范圍加大。由圖3可知，隨著泄漏孔徑的增大，燃爆沖擊波影響的范圍擴(kuò)大，且范圍擴(kuò)大明顯。

3.2 分離器壓力對(duì)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(chǎn)生的沖擊壓力曲線，側(cè)面圖如圖4，沖擊波壓力為20 KPa燃爆界線俯視圖如圖5所示。

圖4 不同分離器壓力下下風(fēng)向壓力圖

圖5 不同分離器壓力下燃爆界線

由圖4可知，分離器壓力由0.6 MPa升高至0.8 MPa時(shí)，沖擊波壓力變化并不明顯，壓力由0.8 MPa升高至1.0 MPa時(shí)，沖擊波壓力曲線整體前移，沖擊波壓力提前急劇升高，穩(wěn)定一段距離后提前急劇下降。壓力由1.0 MPa升高至1.4 MPa時(shí)，沖擊波壓力變化不明顯。由圖5可知，隨著分離器壓力的增大，燃爆沖擊波影響的范圍擴(kuò)大。隨著分離器壓力的增大，影響范圍的擴(kuò)大量逐漸變小，壓力較小時(shí)，影響范圍擴(kuò)大明顯，壓力較大時(shí)，影響范圍擴(kuò)大并不顯著。

3.3 風(fēng)速對(duì)泄漏燃爆的影響

改變風(fēng)速大小，得到天然氣泄漏燃爆后產(chǎn)生的沖擊壓力曲線，側(cè)面圖如圖6，沖擊波壓力為20 KPa燃爆界線俯視圖如圖7所示。

由圖6可知，環(huán)境風(fēng)速對(duì)下風(fēng)向沖擊波壓力幾乎沒(méi)有影響。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到20 m/s時(shí)，沖擊波壓力急劇升高至最高點(diǎn)后急劇下降，在沖擊波壓力最高點(diǎn)不再保持一定的距離不變。由圖7可知，隨著環(huán)境風(fēng)速的增大，燃爆沖擊波影響的范圍減小，但環(huán)境風(fēng)速對(duì)燃爆沖擊波范圍的影響很小。

圖6 不同風(fēng)速下下風(fēng)向壓力圖

圖7 不同風(fēng)速下燃爆界線

4 結(jié)論

本文采用phast軟件建立了天然氣管道泄漏模型，基于傷害準(zhǔn)則研究了管道壓力、泄漏孔徑、風(fēng)速等因素對(duì)天然氣泄漏燃爆后果的影響。主要結(jié)論如下：

（1）在泄漏孔下風(fēng)方向，沖擊波壓力緩慢升高后急劇升高至最高點(diǎn)，在最高點(diǎn)保持一段距離急劇下降后緩慢降低至較低水平，整體呈現(xiàn)“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(diǎn)保持的距離變長(zhǎng)，延后急劇下降，整體表現(xiàn)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(kuò)大，且范圍擴(kuò)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(kuò)大，影響范圍的擴(kuò)大量逐漸變小。

（5）環(huán)境風(fēng)速對(duì)下風(fēng)向沖擊波壓力幾乎沒(méi)有影響，對(duì)燃爆沖擊波范圍的影響很小。