天然氣管道孔口泄漏危險(xiǎn)域的劃分

彭琦(大慶油田采氣分公司， 黑龍江 大慶 163000)

天然氣管道孔口泄漏危險(xiǎn)域的劃分

彭琦(大慶油田采氣分公司， 黑龍江 大慶 163000)

本文對(duì)天然氣泄漏的基本理論和特點(diǎn)做了簡(jiǎn)要的介紹，探討了天然氣管道孔口泄漏模型分類，泄漏危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，以及天然氣管道孔口泄漏的危險(xiǎn)區(qū)域，以供參考。

天然氣；泄漏；危險(xiǎn)區(qū)域

天然氣基于環(huán)境、能源日益嚴(yán)峻的時(shí)代背景下，在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)了極其大的比重，在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)也造成了巨大的安全威脅。天然氣泄漏產(chǎn)生的爆炸事故在我們的實(shí)際生活中頻繁上演，因此作為業(yè)內(nèi)人士有必要對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行逐步探究。

1 天然氣泄漏的基本理論和特點(diǎn)

（1）天然氣泄漏的理論 在天然氣膨脹和射流的作用下將會(huì)產(chǎn)生天然氣泄漏的現(xiàn)象。這里的射流是指管道內(nèi)的流體通過(guò)斷面邊界條件作用下發(fā)生改變的管嘴、管道裂縫、孔口噴射向外界而形成的。由于空氣和天然氣在流動(dòng)速度上并不相同，因此就導(dǎo)致了射入外界空氣環(huán)境的天然氣擾亂了穩(wěn)定的空氣流速間斷面，因?yàn)榫砦酥車拇罅靠諝庠斐闪虽鰷u的出現(xiàn)。另外，混合氣體在能量差和動(dòng)量差的作用下仍然處于變形、分裂、移動(dòng)的過(guò)程。

（2）天然氣管道孔口泄漏的特點(diǎn) ①?gòu)墓艿揽卓谥杏砍龅奶烊粴庖坏┗烊肓酥車目諝猓|(zhì)量和動(dòng)量之間就會(huì)進(jìn)入互相交換的活動(dòng)，這個(gè)過(guò)程就是有關(guān)天然氣泄漏造成射流的過(guò)程。除了在碰撞的過(guò)程中，由于天然氣分子在泄漏射流的過(guò)程中一旦發(fā)生碰撞，其動(dòng)量就會(huì)消失，因此沿射流線的軌跡動(dòng)量不變。②管道的流體在孔口泄漏的作用下進(jìn)入靜態(tài)環(huán)境，或多或少會(huì)受到干擾，流體會(huì)因?yàn)榕c周圍靜止的流體進(jìn)行動(dòng)量交換而失去穩(wěn)定性隨即產(chǎn)生漩渦。泄漏射流繼續(xù)以漩渦的形態(tài)一刻不停的吸入周圍的流體，在這個(gè)過(guò)程中泄漏的射流會(huì)不斷的增大、變形。從流體變成動(dòng)量、方向?yàn)闄M向的紊流后，原泄漏的流體會(huì)隨著動(dòng)量的涌出而漸漸變小，逐步形成了局限在一定范圍內(nèi)的速度梯度。③在密度的比較上空氣顯然比天然氣大，浮力的作用下，若泄漏射流繼續(xù)增加天然氣的流速也會(huì)相應(yīng)增加，到泄漏射流核末端的時(shí)候天然氣的流速開始隨著混合阻力作用的發(fā)揮漸漸變小。因此可以明顯得出泄漏射流末端位置是具備正浮力性質(zhì)的泄漏射流的軸向流速最大來(lái)源。

2 天然氣管道孔口泄漏模型的分類

根據(jù)參照依據(jù)的不同有關(guān)天然氣管道的泄漏也有著不同的分類。

以天然氣管道泄漏過(guò)程和不同的發(fā)展階段作為分類依據(jù)可以將泄漏的模型分為泄漏擴(kuò)散、爆炸火焰、泄漏源三種，初始泄漏速率的計(jì)算模擬被越來(lái)越多的包含進(jìn)了泄漏擴(kuò)散模型。因此這為日后研究過(guò)程中泄漏擴(kuò)散模型和泄漏源模型的整合提供了依據(jù)。

以天然氣氣體的類型為分類依據(jù)，由于管道內(nèi)氣在不同內(nèi)氣體源的作用下泄漏擴(kuò)散的形式也有所不同，因此非重氣擴(kuò)散模型和重氣擴(kuò)散模型是管道氣體泄漏擴(kuò)散模型的兩大分類。

以環(huán)境的介質(zhì)作為分類依據(jù)，天然氣管道所依附的地理環(huán)境和鋪設(shè)的方式以及泄漏擴(kuò)散的環(huán)境介質(zhì)都不相同。

根據(jù)管道鋪設(shè)方式的不同，可以將天然氣泄漏擴(kuò)散模型分為兩大類，其一是以大氣和土壤作為環(huán)境介質(zhì)的地埋式管道泄漏，其二是以空氣作為環(huán)境介質(zhì)的架空式管道泄漏。

3 天然氣管道孔口泄漏的危險(xiǎn)區(qū)域

(1)危險(xiǎn)區(qū)域的劃分 被確認(rèn)為無(wú)毒無(wú)害氣體的甲烷如果在濃度極高的情況下依然存在安全隱患，在存在高濃度甲烷的環(huán)境中人會(huì)產(chǎn)生頭昏、乏力等不良現(xiàn)象，重者甚至引起窒息。以國(guó)外危險(xiǎn)氣體職業(yè)接觸限值為參考依據(jù)，在允許接觸的范圍中甲烷濃度最高至6700mg/m3。甲烷的危害不止在于此，由于它屬于易燃易爆的氣體，這對(duì)周圍的人員和建筑而言是不小的威脅。如果甲烷在天然氣爆炸上下極限5%到15%之間，一旦遇到明火旋即出現(xiàn)燃燒爆炸現(xiàn)象，因此為避免天然氣泄漏所釋放出超標(biāo)的甲烷氣體應(yīng)做到科學(xué)有效的預(yù)防治理工作。

根據(jù)上文所述，計(jì)算甲烷泄漏擴(kuò)散區(qū)域和確定甲烷濃度和甲烷爆炸區(qū)域濃度的上下限之間進(jìn)行對(duì)比。若一個(gè)區(qū)域得出的甲烷濃度處于35800～～107500mg/m3的范圍之內(nèi)，即可判定為危險(xiǎn)區(qū)域。反之，不屬于危險(xiǎn)區(qū)域。

(2)危險(xiǎn)區(qū)域劃分的應(yīng)用 天然氣管道中部發(fā)生破裂，其破裂的形式包括了小孔泄漏、空洞泄漏、破裂泄漏，假如前兩個(gè)的泄漏方式為連續(xù)泄漏。最后一個(gè)的泄漏方式為瞬態(tài)泄漏，在風(fēng)速保持相同的條件下，擴(kuò)散的速度隨著風(fēng)速的提高而增加，危險(xiǎn)濃度也相應(yīng)地隨之減小。通過(guò)對(duì)下風(fēng)向區(qū)域進(jìn)行泄漏濃度的計(jì)算，可得出天然氣瞬時(shí)泄漏和連續(xù)泄漏的濃度圖。在靜風(fēng)條件下，天然氣的泄漏量隨著泄漏孔徑的漸漸增大而增多，危險(xiǎn)區(qū)域也因此以極快的速度增加。

天然氣會(huì)在較短暫的時(shí)間內(nèi)因?yàn)楣艿赖男孤┒尫懦龃罅康奶烊粴猓烊粴忉尫懦龅募淄榱繒?huì)接近爆炸上下限和人員的不適范圍，在管道附近范圍內(nèi)的人員和建筑物便會(huì)極大程度的受到爆炸的威脅。

借助分析孔口泄漏擴(kuò)散模型特征的步驟，應(yīng)該對(duì)選取參數(shù)的方法和模型進(jìn)行確定。在對(duì)其確定的基礎(chǔ)之上，便能為建立天然氣管道孔口泄漏擴(kuò)散模型提供依據(jù)，并劃分出泄漏擴(kuò)散危險(xiǎn)區(qū)域的方法。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)由天然氣管道孔口泄漏造成了安全隱患這一重大問(wèn)題，首先需要對(duì)天然氣孔口泄漏和其特征有一個(gè)大概的了解，再對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分，有效制止安全隱患的發(fā)生。

[1]李又綠,姚安林,李永杰.天然氣管道泄漏擴(kuò)散模型研究[J].天然氣工業(yè),2004,08:102-104+137-124.

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