摘　要：高壓天然氣管道泄漏危害和潛在影響區(qū)域取決于泄漏模式、氣體釋放、擴(kuò)散條件和點(diǎn)燃方式等。以某城市在役燃?xì)夤艿罏槔?，針?duì)燃燒和擴(kuò)散兩種情況對(duì)天然氣管道泄漏的后果影響進(jìn)行分析，計(jì)算15cm孔洞泄漏、管道壓力分別為3.5MPa和4.0MPa工況下的潛在影響區(qū)域、噴射火影響區(qū)域及蒸氣云擴(kuò)散影響區(qū)域。結(jié)果表明：對(duì)于15cm孔洞泄漏，無(wú)論發(fā)生何種情況，距離管道200m以外均安全，可以以此劃定警戒區(qū)域，制定應(yīng)急預(yù)案。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；燃?xì)夤艿溃恍孤┤紵?；泄漏擴(kuò)散；后果

天然氣管道發(fā)生泄漏事故，勢(shì)必對(duì)附近的居民和環(huán)境造成極大危害，是導(dǎo)致天然氣管道事故危害的根本原因。管道公司通過(guò)對(duì)天然氣管道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中面臨的安全因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，不斷改善能夠識(shí)別的不利影響因素，從而將管道運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理的、可接受的范圍內(nèi)，達(dá)到減少天然氣管道事故發(fā)生、經(jīng)濟(jì)合理地保證管道安全運(yùn)行的目的。

天然氣管道的泄漏事故總體分為兩種。即噴射火和爆炸，以某城市燃?xì)夤艿罏槔?，分別計(jì)算兩種情況下管道的泄漏影響范圍，其中燃燒使用ASME推薦公式計(jì)算，而擴(kuò)散則應(yīng)用高斯模型計(jì)算。相關(guān)參數(shù)：管道直徑1m，輸氣壓力分別為3.5MPa和4.0MPa，假設(shè)事故原因?yàn)榈谌狡茐?，后果是出現(xiàn)15cm孔洞。

1 潛在影響區(qū)域

依據(jù)ASME B31.8S-2001^[1]標(biāo)準(zhǔn)，天然氣管道的影響半徑可按下式計(jì)算：

依此式求得示例管道在3.5MPa和4.0MPa輸氣壓力下的潛在影響半徑分別為185m和198m。

2熱輻射影響區(qū)域

2.1 計(jì)算公式

將泄漏點(diǎn)理想化為一系列點(diǎn)源熱量發(fā)射器沿著火苗的長(zhǎng)度傳播，每個(gè)點(diǎn)源均被假設(shè)為發(fā)射同等熱量的總熱量分支，其在給定點(diǎn)源S以熱流Ⅰ_s發(fā)射^[2-3]：

2.2 計(jì)算案例

選取兩種泄漏工況：①輸氣壓力3.5MPa，15cm孔洞，裂口面積約0.018cm²；②輸氣壓力4.0MPa，15cm孔洞，裂口面積約0.018cm²。燃燒率參數(shù)取0.3，發(fā)射率參數(shù)取0.2，燃燒熱取50000，設(shè)影響位置與著火點(diǎn)的距離為x，分別計(jì)算兩種工況下噴射火后果影響區(qū)域（表1）。

在熱輻射作用下，人員死亡率達(dá)到1%，木質(zhì)結(jié)構(gòu)被點(diǎn)燃，門檻熱流值均為15.77kW/m

²，用時(shí)分別為27s和1162.3s，低于該熱流值時(shí)人員不會(huì)死亡、木質(zhì)結(jié)構(gòu)不會(huì)損壞。為此，危險(xiǎn)輻射強(qiáng)度取15.77kW/m²，兩種工況下噴射火的危險(xiǎn)半徑分別為45m和50m。

3 蒸氣云擴(kuò)散的影響范圍

根據(jù)Pasquil-Gifford模型^[4]，假設(shè)連續(xù)泄放，計(jì)算蒸氣云濃度：

根據(jù)表 2 數(shù)據(jù)，應(yīng)用軟件做圖，得到相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域（圖 1，藍(lán)色線和紅色線之間為 5％～15％的爆炸風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，紅色線和綠色線之間為 1％～5％的傷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域^[5]）。

4 結(jié)論

基于管道內(nèi)部參數(shù)相關(guān)的壓力、泄漏面積、泄漏口形狀、管道內(nèi)部質(zhì)量（氣源狀況），以及管道外部參數(shù)相關(guān)的地面風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度、地面狀況等，假設(shè)泄漏為穩(wěn)態(tài)小孔泄漏，對(duì)天然氣管道泄漏影響區(qū)域進(jìn)行計(jì)算，得出如下結(jié)論：

（1）當(dāng)輸氣管道出現(xiàn)15cm孔洞泄漏時(shí)，若管道壓力為3.5MPa，則其潛在影響半徑為185m；若管道壓力為4.0MPa，則其潛在影響半徑為198m。說(shuō)明無(wú)論發(fā)生何種情況，距離管道200m以外均安全，可以以此劃定警戒區(qū)域，制定應(yīng)急預(yù)案。

    （2）根據(jù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)后果的容忍度不同，噴射火影響半徑和氣體擴(kuò)散半徑不同。當(dāng)輸氣管道出現(xiàn)15cm孔洞泄漏、管道壓力為3.5MPa時(shí)，噴射火影響半徑為45m，下風(fēng)向氣體擴(kuò)散40～68m為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，68～155m為個(gè)體傷害區(qū)域，對(duì)應(yīng)橫風(fēng)向距離為10～17m和17～40m；當(dāng)輸氣管道出現(xiàn)15cm孔洞泄漏、且管道壓力為4.0MPa時(shí)，噴射火影響半徑為50m，下風(fēng)向氣體擴(kuò)散42～72m為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，72～165m為個(gè)體傷害區(qū)域，對(duì)應(yīng)橫風(fēng)向距離為11～19m和19～42m。

參考文獻(xiàn)：

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(本文作者：谷志宇¹董紹華²牛景弘¹史紀(jì)³　1. 中國(guó)船舶燃料有限責(zé)任公司，北京 100020；2. 中國(guó)石油北京天然氣管道有限公司，北京 100101；3. 城市建設(shè)研究院，北京 100120)