天然氣管道泄漏事故后果量化評價分析

作者：吳峰王銳　　評論：　 ? 收藏本頁

摘要：針對天然氣管道泄漏后，可燃?xì)庠菩纬傻谋Z、火球熱輻射事故，量化了兩種事故對人體造成的傷害及危害半徑，結(jié)合算例進(jìn)行了分析計算。
關(guān)鍵詞：天然氣管道；泄漏；事故后果；爆轟；火球熱輻射
?? 當(dāng)天然氣管道發(fā)生爆裂時，泄漏的天然氣與空氣混合形成可燃?xì)庠?，?dāng)氣云達(dá)到爆炸極限時，若遇火源易發(fā)生爆炸。在可燃?xì)庠瓢l(fā)生燃燒、爆炸時，約10%的天然氣發(fā)生爆轟，并產(chǎn)生沖擊波；約90%的天然氣燃燒形成火球熱輻射。因此，在對天然氣管道泄漏事故進(jìn)行定量分析時，應(yīng)分析可燃?xì)庠品謩e產(chǎn)生爆轟、火球熱輻射的事故后果^[1～2]。許多研究機(jī)構(gòu)及燃?xì)夤緦θ細(xì)庑孤┑臋z測、搶修、控制方法進(jìn)行了研究^[3～11]。本文針對天然氣管道泄漏事故，綜合考慮天然氣泄漏后可能發(fā)生爆轟、火球熱輻射，對天然氣管道泄漏事故后果進(jìn)行量化評價分析。

1 量化評價分析

1.1 爆轟

???① 等效TNT質(zhì)量

為了計算方便，可把發(fā)生爆轟的天然氣質(zhì)量按?式中能量等效的原理換算成TNT的質(zhì)量進(jìn)行近似處理。在計算出等效TNT質(zhì)量后，則可以按常用的TNT標(biāo)準(zhǔn)爆源爆炸后的計算式求解爆轟場內(nèi)各點(diǎn)的沖擊波超壓，并據(jù)此評估對目標(biāo)的傷害程度^[12～14]。通常把參加爆轟的天然氣體積占泄漏天然氣總體積的比例稱為TNT收率。由于爆轟的危害遠(yuǎn)大于混合燃燒，根據(jù)危害最大化原則，取TNT收率為10%對爆轟危害進(jìn)行評價。

等效TNT質(zhì)量m_TNT的計算式為：

式中m_TNT——等效TNT質(zhì)量，kg

??? Q_d——可燃?xì)庠票Z時釋放的總能量，kJ

??? Q_TNT——TNT標(biāo)準(zhǔn)爆源的爆熱值，kJ/kg，取4500kJ/kg

??? m_d——發(fā)生爆轟的天然氣質(zhì)量，kg

??? Q_e——天然氣的爆炸熱，kJ/kg，可取甲烷的燃燒熱，取5.56×10⁴kJ/kg

??? η——TNT收率，取0.1

??? m——天然氣泄漏質(zhì)量，kg

??? q_m,f——天然氣泄漏質(zhì)量流量，kg/s

??? f——天然氣泄漏持續(xù)時間，s

???② 沖擊波超壓

???對于質(zhì)量為m_TNT的TNT標(biāo)準(zhǔn)爆源，在地面發(fā)生爆炸時，爆轟場沖擊波超壓的計算式為^[2,12]：

式中△p——沖擊波超壓，MPa

R_d——爆轟破壞半徑，m

沖擊波超壓準(zhǔn)則認(rèn)為，接受體是否被破壞完全取決于沖擊波超壓，當(dāng)接受體接受的沖擊波超壓超過接受體自身能夠承受的臨界超壓時，即被破壞。沖擊波超壓對人體的傷害程度見表1^[13]。

表1 沖擊波超壓對人體的傷害程度^[13]

沖擊波超壓/MPa	對人體的傷害程度
1.O0	大部分人員死亡
0.75	內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡
0.40	聽覺器官損傷或骨折
0.25	輕微損傷