天然气管道泄漏燃爆后果研究

白双齐 杨坤 宋凯

摘  要：天然气管道发生腐蚀泄漏后遇到明火易发生燃爆事故，研究天然气泄漏燃爆后果对制定应急方案具有重要意义。采用phast软件建立了天然气管道泄漏模型，研究了管道压力、泄漏孔径、风速等因素对天然气泄漏燃爆后果的影响。结果表明，随着泄漏孔径的增大，冲击波压力提前急剧升高，在最高点保持地距离变长，延后急剧下降，整体表现为冲击波压力破坏范围加大，燃爆冲击波影响的范围扩大，且范围扩大明显。随着分离器压力的增大，燃爆冲击波影响的范围扩大，影响范围的扩大量逐渐变小。环境风速对下风向冲击波压力几乎没有影响，对燃爆冲击波范围的影响很小。

关键词：天然气;管道;泄漏;燃爆;超压

1.引言

天然气管道长期处于潮湿的土壤环境中，复杂的土壤条件对管道具有一定的腐蚀性，可能造成天然气管道腐蚀泄漏。当泄漏的天然气遇到明火时，可能发生燃爆的安全事故，对周边的工作人员和建筑物造成不同程度的损害。刘富君等人

修正了高斯烟羽模型的相关参数，研究了天然气管道泄漏火灾和爆炸所造成的危险范围半径和最低的安全距离。彭星煜等人模拟计算了火灾的热辐射危害区域范围，采用新TNT当量法得到了爆炸冲击波对周边环境的破坏程度。城镇天然气管道在潮湿复杂的环境中易腐蚀泄漏，研究天然气扩散特性对保障管道周边居

民安全及制定应急处理方案具有重要意义。采用phast软件建立了天然气管道圆孔泄漏扩散模型，研究了泄漏孔径、管道压力、风速对泄漏扩散特性的影响。结果表明，泄漏孔径的增大对天然气泄漏扩散区域影响较大，下风向最大距离和云团高度均明显增加。随着管道压力的增大，天然气扩散的云团区域范围明显变大，下风向最大距离和云团高度均明显增加。随着环境风速的增大，天然气云团覆盖的区域范围变大，下风向扩散最大距离变大，云团达到的最高高度反而降低。本文采用phast软件建立了天然气管道圆孔泄漏扩散模型，研究了泄漏孔径、管道压力、风速对泄漏扩散特性的影响。

2.泄漏数值仿真模型

2.1模拟参数设置

以某天然气管道为研究对象，管道的公称直径为DN300，运行压力为1.0MPa。控制变量设置为管道压力、泄漏孔径、风速，研究不同影响因素对天然气泄漏燃爆后果的影响，管道压力设置范围为0.6MPa至1.4MPa，梯度为0.2MPa，泄漏孔径设置为20mm至100mm，梯度为20mm，风速设置为4m/s至20m/s，梯度为4m/s。

2.2建立模型

采用Phast软件建立天然气管道泄漏燃爆模型，在天然气管道侧面设置泄漏孔。

3.天然气管道点蚀天然气泄漏爆燃特性

3.1泄漏孔径对泄漏燃爆的影响

改变泄漏孔径大小，得到天然气泄漏燃爆后产生的冲击压力曲线，侧面图如图2，冲击波压力为20KPa燃爆界线俯视图如图1所示。

由图1可知，在泄漏孔下风方向，冲击波压力缓慢升高后急剧升高至最高点，在最高点保持一段距离急剧下降后缓慢降低至较低水平，整体呈现“山峰”形状。随着泄漏孔径的增大，冲击波压力提前急剧升高，在最高点保持的距离变长，延后急剧下降，整体表现为冲击波压力破坏范围加大。随着泄漏孔径的增大，燃爆冲击波影响的范围扩大，且范围扩大明显。

3.2分离器压力对泄漏燃爆的影响

改变分离器压力大小，得到天然气泄漏燃爆后产生的冲击压力曲线，冲击波压力为20KPa燃爆界线俯视图如图3所示。由图2可知，分离器压力由0.6MPa升高至0.8MPa时，冲击波压力变化并不明显，压力由0.8MPa升高至1.0MPa时，冲击波压力曲线整体前移，冲击波压力提前急剧升高，稳定一段距离后提前急剧下降。压力由1.0MPa升高至1.4MPa时，冲击波压力变化不明显。随着分离器压力的增大，燃爆冲击波影响的范围扩大。随着分离器压力的增大，影响范围的扩大量逐渐变小，压力较小时，影响范围扩大明显，压力较大时，影响范围扩大并不显著。

3.3风速对泄漏燃爆的影响

改变风速大小，得到天然气泄漏燃爆后产生的冲击压力曲线，环境风速对下风向冲击波压力几乎没有影响。当风速达到20m/s时，冲击波压力急剧升高至最高点后急剧下降，在冲击波压力最高点不再保持一定的距离不变。随着环境风速的增大，燃爆冲击波影响的范围减小，但环境风速对燃爆冲击波范围的影响很小。

结语

本文采用phast软件建立了天然气管道泄漏模型，基于伤害准则研究了管道压力、泄漏孔径、风速等因素对天然气泄漏燃爆后果的影响。主要结论如下：（1）在泄漏孔下风方向，冲击波壓力缓慢升高后急剧升高至最高点，在最高点保持一段距离急剧下降后缓慢降低至较低水平，整体呈现“山峰”形状。（2）随着泄漏孔径的增大，冲击波压力提前急剧升高，在最高点保持的距离变长，延后急剧下降，整体表现为冲击波压力破坏范围加大。（3）随着泄漏孔径的增大，燃爆冲击波影响的范围扩大，且范围扩大明显。（4）随着分离器压力的增大，燃爆冲击波影响的范围扩大，影响范围的扩大量逐渐变小。（5）环境风速对下风向冲击波压力几乎没有影响，对燃爆冲击波范围的影响很小。

参考文献

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