燃气管道泄漏原因及扩散影响因素分析

2023-10-13王瑞

化工设计通讯 2023年9期

王瑞

（马鞍山博望港华燃气有限公司，安徽马鞍山 243000）

近些年来，国内燃气消费量逐步上升，始终保持在较高水平。以2022年为例，根据国家发改委公布的数据，国内天然气表观消费量达到3 663亿m3，巨大的消费体量，有效改善了能源消费结构。由于燃气易燃易爆的特殊属性，在管道运输过程中，应当依法依规做好管道管理维护，准确识别燃气管道泄漏原因和扩散影响因素，在此基础上，整合技术要素、管理要素、人力要素，搭建起完备的燃气管道管理模式。

1 燃气管道泄漏原因分析

总结梳理燃气管道泄漏原因，引导工作团队形成正确认知，准确把握燃气管道泄漏事故处置要点，为后续燃气管道泄漏事故的预防和应对提供方向性引导。

1.1 设备自身原因

管道作为燃气运输的重要路径，与其他运输方式相比，有着明显的技术优势，可以在保证燃气运输规模的前提下，降低安全事故发生率，节约总体费用支出。近些年来，随着燃气消费体量的增加，管道体系日益完善，形成了涵盖气源厂、加压设备、输送管道、调压设备、户内设施等不同单元模块，不同单元模块之间高效联动，为燃气运输提供技术支持[1]。但必须清楚地认识到，燃气管道组成相对复杂，设备数量较多，地下隐蔽工程量较大，设备在运行过程中发生故障的概率较高，设备故障问题如果没有及时发现与科学处理，将会极大增加燃气管道泄漏问题的发生概率。具体来看，燃气管道由于运输距离较长，运输环境复杂，往往对于管道自身质量有着严格要求。但从实际情况来看，部分燃气管道设备质量没有达到技术标准，存在防护设施不达标、防腐措施不得当等隐患。随着服务年限逐步增加，部分管道容易出现跑、冒、滴、漏等情况。燃气管道和附属设施如果没有按照相关操作要求进行更换，出现超龄使用的情况，将会导致管道老化破损，引发燃气泄漏。例如，为避免对城市道路交通产生妨碍，多数情况下，采取管道地下铺设的方式。这种管道空间布局，使得燃气管道极易受到土质酸碱度的影响，发生化学腐蚀或者电化学腐蚀等问题，诱发管道破损，造成燃气泄漏[2]。基于燃气的易燃易爆特性，在燃气管道体系规划、布局过程中，增设了安全阀、防爆阀、防爆片、泄压阀、报警系统等安全防护装置，旨在通过安全防护装置的介入，实现对潜在安全风险精准识别，最大限度地降低燃气泄漏产生的威胁。但从实际情况来看，部分燃气管道安全防护装置在使用过程中，出现工作失效的问题，安全阀、防爆阀、防爆片及报警系统无法正常工作，防雷装置失效。上述问题如果没有得到妥善处理和解决，势必影响城市燃气管道日常使用。结合以往经验，燃气管道泄漏事件的发生，还受到自然灾害、气候变化、地质变动等自然因素影响。自然灾害发生后，部分燃气管道会出现悬空、变形、断裂、损坏等问题，进而诱发燃气泄漏事件。随着城市化进程的加快，在道路拓宽施工中，不合理的施工中作业，引发土壤沉降、地层扰动等系列问题。以铸铁管为例，铸铁管具刚度较强，在外力作用下极易发生断裂或者接口泄漏，

1.2 人为管理原因

燃气管道布设、管理过程中，工作团队需要结合实际，依法依规做好燃气管道维护工作，及时识别管道质量问题，防范燃气管道泄漏风险。在工程质量、外力作用、安全管理等多重因素的联动作用下，部分燃气管道发生泄漏问题。具体来看，燃气易燃易爆的特殊属性，要求施工团队在管道项目布设过程中，投入大量资源，规范施工流程，做好细节处理，提升施工项目总体质量[3]。但必须清楚认识到，受传统施工思路的影响，部分燃气管道施工项目没有按照要求规范施工行为，少数施工人员没有严格按照操作规程与技术规范组织开展管道施工任务，诱发系列管道施工质量问题，无形之中，提高了燃气管道泄漏风险。燃气管道对管材、管件焊接成效有着严格要求，施工人员通过对焊接参数、焊接方法合理调控，提升燃气管道整体性、密封性。部分施工人员在燃气管道焊接环节，存在认知盲区与方法漏洞，没有结合施工要求，准确调整焊接参数，改进焊接方法，使得管道焊接区域质量不达标。根据相关研究机构公布的数据，51.2%的燃气管道泄漏事件与管道焊接质量因素有关。燃气管道运行过程中，对于外力作用如果没有作出应对，易引发燃气泄漏问题。具体来看，部分工作团队没有对燃气地下管道开展监测活动，盲目地组织燃气管道施工，造成燃气管道破坏。近些年来，相关部门出台了《城镇燃气管道管理条例》，对燃气管道违章占压事件进行处置，借助合理化举措，约束违章占压行为，保证燃气管道运行稳定性与安全性。少数工作团队在组织施工活动的过程中，没有完全遵循《城镇燃气管道管理条例》要求，使得长输管线周边区域，没有划定安全界限就组织开挖取土、开发建筑物等活动，使城镇燃气管道受到扰动，容易引发燃气管道破损等问题。为保证燃气管道安全运转，减少安全事故发生概率，工作团队要加强安全管理，依托系列化安全管理举措，识别安全风险，防范泄漏事故[4]。但是，部分施工企业对燃气管道安全管理的重要性认识不足，没有建立起完善的安全制度，缺乏系统性巡线检查、查漏机制，加之燃气安全宣传不到位，使得燃气企业难以搭建起完整的安全管理平台，无法快速发现、识别燃气管道泄漏风险，诱发管道泄漏问题。部分燃气用户缺乏安全用气意识和安全用气习惯，存在燃气操作不正确、不遵循火等气的问题；部分燃气用户出于自身利益的考量，私自改动室内燃气管道线路，未定期检修燃气阀门、安全阀等安全设施，造成燃气泄漏。

2 燃气管道泄漏扩散影响因素及模型构建

燃气管道泄漏扩散范围影响因素较多，对扩散影响因素总结与梳理，实现燃气管道泄漏问题的针对性处置，以最大限度地控制燃气管道泄漏范围，降低泄漏扩散威胁。

2.1 燃气管道泄漏扩散影响主要因素

燃气管道一旦发生泄漏问题，极易引发火灾、爆炸等安全事件，对正常生产生活和公共安全产生严重威胁。为合理应对燃气管道泄漏问题，最大地消除燃气扩散可能产生的后果，增强现场救援、泄漏控制等活动高质量开展，工作团队要发挥主观能动性，准确把握燃气管道泄漏扩散影响因素，通过泄漏扩散规律总结与运用，制定合理的燃气管道泄漏处置预案，旨在最大限度地降低燃气泄漏事故带来的损失。结合以往经验，影响燃气管道泄漏扩散速率的因素主要与泄漏速率、泄漏口径、泄漏源位置、泄漏时间、风向风速、障碍物分布有关。为实现燃气管道泄漏扩散影响因素的量化分析，在燃气管道泄漏问题处置环节，可以借鉴过往经验，建立起相应数学模型，通过燃气泄漏扩散数学模型，对整个燃气管道泄漏扩散现象进行模拟，论证不同扩散影响因素与燃气管道泄漏之间的相互关系，为后续燃气管道泄漏问题处理提供数据支持。

2.2 燃气管道泄漏扩散模型构建

燃气管道泄漏扩散模型对于燃气泄漏扩散范围的估算、燃气泄漏扩散安全等级的确立有着深远影响，可有效增强燃气管道泄漏事件处理能力，减少安全事件发生概率[5]。基于这种目标定位，遵循质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律，建立起燃气管道泄漏扩散规模通用微分方程，借助数学模型对燃气泄漏扩散方式进行模拟。方程表达式为：

数学模型中，∅为通用变量，u为速度矢量， ∅为广义扩散属性。通过完整的数学表达，将燃气管道泄漏扩散模型可以更好地展现出扩散范围、扩散数量、扩散威胁，实现燃气管道泄漏扩散规律准确把握，为后续燃气管道泄漏事故应对预案的设置、泄漏事故合理应对提供数据支持，消除燃气管道泄漏扩散问题处理工作的盲目性。为了更好地论证燃气管道泄漏扩散模型的真实性与有效性，可以充分利用数值模拟和实验研究的方式，修正数学模型，最大限度地提升燃气管道泄漏扩散模型实用属性。基于上述研究思路，工作人员可以采取数值模拟，进行实证研究，根据数值模拟结果，修正研究方案。具体来看，结合燃气泄漏扩散数学模型，工作人员模拟居民厨房的物理模型，组织实证研究，在这一思路指导下，制定1.3 m×1.1 m×2.2 m的房间尺寸，如图1所示。

图1 居民厨房模拟示意

在居民厨房模拟环节，要结合建筑布局和厨房内部燃气管道布局，全方位模拟厨房规格，窗口、泄漏口和障碍位置，并在厨房模型内部建立起x、y和z三维坐标体系。通过三维坐标体系的建立，用于标记窗口、障碍物、燃气管道的空间位置，泄漏口直径设定为20 mm，窗户尺寸设定为60 cm×40 cm。完成模型构建后，可以使用有限容积法对燃气管道泄漏扩散模型进行离散分析，同时，借助SIMPLE 算法对离散方程进行求解，初步验证燃气管道泄漏扩散模型的有效性和合理性。

模型构建过程中，还需要做好实验验证的方式，真实模拟厨房输气管道布局，对燃气管道泄漏扩散模型进行边界条件的验证。结合实际经验，居民燃气包括了液化石油气和天然气两大类，液化石油气使用范围较广，其密度大于空气，因此一旦发生泄漏，极易产生重气扩散效应。实验验证过程中，以液化石油气作为研究对象，实验中，设计具有通风能力的房间模型，在模型一侧区域设置燃气泄漏口，泄漏燃气经过泄漏口扩散到房间，房间墙壁由有机玻璃搭建，便于工作人员全方位观察厨房内的相关状况，同时在房间有关区域安装采集软管，作为采集点，全方位追踪房间内燃气扩散情况，借助这种方式，全方位评估燃气泄漏速度、泄漏时间、泄漏位置、通风口位置、风险风速和障碍物间的关系，掌握燃气管道泄漏扩散规律。

3 燃气管道泄漏事故处置方法

燃气管道泄漏事故处置过程中，工作团队要调整思路，在准确把握燃气管道泄漏原因和燃气管道泄漏扩散影响因素的前提下，遵循技术规律，创新燃气管道泄漏事故处置方法，构建起体系化、高效化、科学化的燃气管道泄漏事故处置体系。

3.1 加强燃气管道施工管理

在进行燃气管道泄漏事故的处理过程中，为保证处理水平，要充分吸收过往经验，结合燃气管道泄漏影响因素，有针对性地进行管道布局、材料管控等活动有序开展。具体来看，工作团队严格按照技术规范和施工参数，调整施工内容，进行燃气管道、附属设施有效布局。具体来看，在燃气管道泄漏问题处理环节，针对气源厂、加压设备、输送管道、调压设备、户内设施等燃气运输核心设备要有目的、有计划地调整设备参数，完善燃气管道施工技术体系，确保燃气管道施工活动高质量开展。例如，对于燃气输送管道，要结合技术规范，对输送管道基础参数做好审核把关，避免输送管道质量不达标影响后续管道施工活动开展。

3.2 完善燃气管道管理机制

燃气管道泄漏扩散事故处理环节，燃气企业要加大资金投入，抽调人员参与任期管道安全管理队伍，设定管理制度，组织开展系列宣传活动，形成完整的燃气管道安全管理体系。例如燃气企业定期开展专业培训，增强工作人员的职业素养与专业能力，确保其可以顺利完成燃气管道泄漏事故处置任务。加大燃气管道宣传力度，通过更为多元、更为立体的方式，引导燃气用户形成正确的燃气使用意识和使用习惯。

4 燃气管道泄漏事故处置要点

燃气管道泄漏事故处置环节，考虑到事故处理的特殊性，应当总结经验，通过技术管理、制度完善和人员培训等活动高质量开展，稳步增强燃气管道泄漏事故处置方法的可行性，减少潜在的安全事故，保证燃气管道运输工作顺利开展。燃气管道泄漏事故处置过程中，要充分运用燃气管道泄漏扩散模型，科学估算燃气管道泄漏扩散范围、扩散危险等级，结合实际情况，设定事故处理方案，避免事故处理不当，降低燃气施工风险，增强燃气风险处置效能。