室内燃气泄漏原因及扩散影响因素的分析

张 丽，戴 彪

（中北大学， 山西 太原 030051）

室内燃气泄漏原因及扩散影响因素的分析

张 丽，戴 彪

（中北大学， 山西 太原 030051）

以居民住房为研究对象，以各学者的研究成果为依据，深入分析了室内燃气泄漏的基本原因，并且对影响燃气泄露扩散的不同因素，如泄漏源的位置及泄漏方向，泄漏气体的性质，泄漏量，室外风速，障碍物等进行了研究，进而归纳总结了不同影响因素下室内燃气浓度的扩散规律，为事故预防和事故发生后及时采取有效的措施提供依据。

燃气；泄漏原因；扩散；影响因素

随着科技的发展及人们生活水平的提高，人们对能源的要求也越来越高，天然气作为一种高效绿色节能能源，备受人们关注。然而从燃气自身性质来讲，它是一种易燃易爆气体，当其与空气混合达到一定浓度时，在一定得点火能作用下，会发生剧烈的燃烧爆炸，将严重危及到人们的生命和财产安全。

在室内及相对封闭的空间，燃气一旦发生泄漏，不易扩散，容易造成堆积，引发火灾及爆炸等危险事故的可能性更大，且在一般居民家庭中不具备火灾爆炸等防护用品，人们的安全知识又相对缺乏，一旦发生事故整个小区都会面临重大的伤害。因此深入研究分析室内燃气泄漏扩散规律不仅可以在一定程度上防止燃烧爆炸事故的发生，而且在发生燃烧爆炸事故后可以在一定程度上指导人们采取措施减低事故造成的伤害。

1 燃气泄漏原因的分析

1.1 人为原因

现实生活中，有些用户的安全意识淡薄，安全认知不够，他们往往为了自己的便捷而忽视相关规定和制度，私自改装燃气管道，私自在燃气管道上接装燃气设备，有些用户为了盗气甚至随意拆卸燃气表，由于其操作的非专业性及在完成上述行为之后不进行气密性检测，以致泄漏点重重存在，燃气大量泄露;有些用户不正确适用灶具，阀门关闭不严或忘记关闭灶具阀门，造成大量燃气泄漏，危及自身安全的同时也给小区其他居民的生命和财产造成了严重的危害[1]。

1.2 非人为原因

（1）管道泄漏，多由于周围环境潮湿而致使管道外壁锈蚀穿孔。

（2）接口、阀门泄漏，多由磨损、腐蚀、密封材料老化等诱发。

（3）胶管脱落，一是由于胶管或连接处的老化龟裂而造成漏气；二是老化变硬的胶管受外力作用松动脱落而引起的开放式泄漏[2]。

2 燃气泄漏扩散的影响因素

室内燃气泄漏后的扩散往往会受到多种因素的影响，比如，泄漏源的位置及泄漏方向，泄漏气体自身性质，泄漏量，外界风速，空间障碍物等[3]。这些因素都会在或多或少的影响燃气在室内浓度场的空间分布。

2.1 泄漏源的位置及其泄漏方向

由于室内燃气泄漏属于受限射流，开始阶段燃气会以一定的初始速度喷射出来，此刻入射的速度方向将是燃气流动的主导方向。 泄漏源的位置也会影响燃气浓度的空间分布，在泄漏源附近燃气浓度较高，随着时间的推移，气体逐渐向周边扩散。例如，天然气的泄漏，当泄漏源在地面且水平方向泄漏时，燃气在接近地面处会形成高浓度区，随后逐渐向上扩散；若泄漏源距地面有一定的高度且水平方向泄漏时，在相同的泄漏源强度及室内自然条件下，室内顶部会先形成高浓度区，随着时间的推移，气体逐渐向下扩散[4]。

2.2 泄漏量

燃气一旦发生泄漏，决定泄漏事故严重程度的主要因素是泄漏量的大小，泄漏量的大小受泄漏速率、泄漏口大小及泄漏时间的影响。在相同的泄漏口径下，泄漏量越大，泄漏速率越大，气体轴线速度越大，气体扩散越远，变化也越剧烈，在相同时间内泄漏到室内的气体越多，房间内气体堆积浓度越大。泄漏量大时在室内引发危险事故所需要的时间就越短，因此，当泄漏量比较大时，燃烧爆炸事故主要发生在泄漏的初始阶段，且持续时间较短，同理，泄漏量较小时，处于燃烧爆炸范围内的燃气浓度存在的时间越长，发生燃烧爆炸事故的可能性越大[5]。

2.3 泄漏气体自身的性质

泄漏气体自身性质对燃气泄漏扩散的影响主要表现在燃气密度上，密度不同的气体在扩散中的影响主要体现在重力与浮力对扩散过程的干扰。

据燃气与空气密度的差异，可把燃气分为重质气体和轻质气体，密度小于空气的为轻质气体，密度大于空气的为重质气体。当重质气体泄漏到室内空间时，在重力的作用下会表现出向下扩散的趋势，这种趋势会导致重质气体在离开泄漏源一定距离的下方堆积，同时向上方扩散。当轻质气体发生泄漏时，燃气在浮力作用下会向上扩散，这种流动会使可燃气体在离开泄漏源一定距离的上方形成堆积，房间下部气体浓度较低。

一般地，当泄漏燃气与空气混合形成的气体的相对密度不小于1.1时，该混合气体可能沿地面扩散；当其相对密度值在0.9～1.1范围内时，该混合物能够迅速与空气混合[6]。

2.4 风速

当房间内不受外界风速影响时，燃气在室内的浓度场将出现明显的分层现象，但靠近泄漏口，出口及墙壁附近浓度有较大波动，

一般情况下，风速对室内气体扩散的整体趋势的影响不大，室内空间气体浓度变化不明显，然而在通风口附近影响较大。随着风速的增大，通风口处气体扩散的速率也随之增大，风速对气体扩散的影响范围也越大，对扩散到通风口处的燃气的稀释作用也相对好一些。

2.5 空间障碍物

空间障碍物的存在会在一定程度上阻碍燃气在其附近的扩散，从而影响燃气浓度场的分布[7]。障碍物大多存在于房间的底部，因此障碍物对重质气体扩散的影响远大于轻质气体扩散的影响，而且多数燃烧爆炸事故都是由于燃气在障碍物附近的堆积引起的。

当房间内不存在障碍物时，泄漏气体浓度场有明显的分层现象，且空间内会存在浓度漩涡。当房间内存在障碍物时，泄漏气体的扩散速度明显慢于不存在障碍物时气体的扩散速度,且在障碍物与泄漏口相对的一面燃气容易形成堆积，相背的一面燃气浓度相对较低。

3 结 论

( 1 ) 通过对室内燃气泄漏的原因分析可知，要想从根源上减少事故的发生首先应加强对广大居民的安全教育，提高其安全意识，使其意识到严格遵守相关规章制度的重要性，其次，要加强对管道及其他部件的维护及检修，及时消除安全隐患。

( 2 ) 根据对各影响因素的分析，为了减少可燃浓度场的扩散范围，我们应注意室内通风，同时减少障碍物等对泄漏后火灾爆炸事故的加剧效应。

( 3 ) 为预防各种燃气泄漏事故，提出了消除爆炸必要条件，尽量避免燃气泄漏后点火源的存在，还可以装备燃气泄漏检测器，从而避免燃气泄漏事故的发生。

［1］ 尹卫东．燃气居民用户安全管理难点及对策[J].煤气与热力，2013，33(4):42-44.

［2］王湘宁．居民室内燃气泄漏分析[J].煤气与热力，2014，34(1):15-17.

［3］臧子璇，黄小美，陈贝.燃气泄漏射流扩散模型及应用[J].煤气与热力，2011，31(6):39-42.

［4］于畅,田贯三.可燃气体室内泄漏扩散的研究[J］．山东建筑工程学院学报，2006，3(21):243-247.

［5］王鹏．户内燃气泄漏的扩散模拟研究及危险效应分析[D].哈尔滨工业大学，2012.

［6］于畅,田贯三．燃气室内泄漏质量浓度模型与分析[J].煤气与热力，2008，19(1)：66-72．

［7］于力，柴建设，史强．室内天然气中压输气管道泄漏扩散数值模拟研究[J].安全科学技术，2013，3：5-8．

Analysis on Causes and Diffusion Influencing Factors of Indoor Gas Leakage

ZHANG Li，DAI Biao
（North University of China, Shanxi Taiyuan 030051，China）

Taking the resident houses as research object and based on other scholars’ research results, the basic causes of the indoor gas leakage were analyzed. Then the factors to affect the gas leakage diffusion were studied, such as the location of the leak source, direction of the gas leakage, gas properties, leakage rate, outdoor wind speed, barriers and so on. At last, the diffusion rules of the indoor gas concentration under different impact factors were summarized, which could provide the basis for taking effective measures before and after the gas leakage accident.

Gas；Leakage reason; Diffusion; Influencing factors

TE 88

A

1671-0460（2015）01-0120-02

2014-07-12

张丽（1989-），女，山东聊城人，硕士研究生，研究方向：室内燃气的泄漏扩散及燃烧爆炸的数值模拟。E-mail：zhli1011@163.com。