摘要:分析了導(dǎo)致天然氣調(diào)壓站泄漏造成火災(zāi)、爆炸的危險因素,遵循安全評價中事故最大化原則,以蒸氣云爆炸為模型,對天然氣泄漏火災(zāi)、爆炸的災(zāi)害后果進(jìn)行了定量分析。在泄漏面積為1mm2的情況下,即使泄漏持續(xù)5min,四級損傷半徑會達(dá)到6.62m。在工程的設(shè)計、施工及運(yùn)行管理階段要制定有針對性的安全措施并嚴(yán)格執(zhí)行。
關(guān)鍵詞:調(diào)壓站;泄漏;火災(zāi);爆炸;安全評價
??? 調(diào)壓站是天然氣輸配系統(tǒng)的重要組成部分,其安全運(yùn)營是天然氣穩(wěn)定供應(yīng)的重要保證。由于調(diào)壓站內(nèi)設(shè)備繁雜,且天然氣運(yùn)行壓力較高,一旦燃?xì)獍l(fā)生泄漏,易造成火災(zāi)、爆炸或中毒等事故[1、2]。本文對天然氣調(diào)壓站存在的安全問題進(jìn)行分析,提出有效的防范措施,消除安全隱患,從而確保城市燃?xì)獍踩⑵椒€(wěn)供應(yīng)。
1 主要危險因素分析
1.1 介質(zhì)本身的危險性
???天然氣是易燃易爆的物質(zhì),屬于甲類火災(zāi)危險性物質(zhì)[3]。天然氣泄漏后,極易擴(kuò)散到空氣中,形成蒸氣云,遇火源或高溫?zé)嵩礃O易發(fā)生爆炸。此外,天然氣為烴類混合物,雖然毒性較低,但長期接觸也可出現(xiàn)神經(jīng)衰弱綜合癥,危害人體健康。
1.2 工藝過程危險性
???調(diào)壓器是調(diào)壓站的主要設(shè)備,其功能是根據(jù)燃?xì)獾男枰闆r將燃?xì)庹{(diào)至不同壓力,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸送[4]。由于設(shè)備及管道材質(zhì)的問題、施工不當(dāng)、運(yùn)行管理不到位等原因,均會造成燃?xì)庑孤?,引起火?zāi)、爆炸等安全事故[5~7]。
???① 設(shè)備及管道材質(zhì)問題
???調(diào)壓器的工作壓力較高,要求設(shè)備和管道的材質(zhì)滿足強(qiáng)度要求。在設(shè)計及選型過程中,如果對設(shè)備和管道規(guī)格、材質(zhì)要求不合理,必將對后繼過程產(chǎn)生嚴(yán)重影響,造成安全隱患。
???② 施工質(zhì)量問題
???施工質(zhì)量不僅與系統(tǒng)的使用壽命、經(jīng)濟(jì)效益緊密相關(guān),而且關(guān)系到系統(tǒng)的運(yùn)行安全。施工質(zhì)量的影響因素主要有施工現(xiàn)場管道焊接質(zhì)量不合格、設(shè)備安裝存在缺陷。
??? ③ 運(yùn)行管理問題
??? a. 設(shè)備超壓
??? 為保證調(diào)壓器穩(wěn)定運(yùn)行,必須時刻監(jiān)測調(diào)壓設(shè)備進(jìn)出口燃?xì)鈮毫?,一旦出現(xiàn)超壓情況,不僅會損害調(diào)壓器,甚至?xí)<罢緟^(qū)和管網(wǎng)的運(yùn)行安全。調(diào)壓設(shè)備超壓受以下幾個方面影響:上游來氣壓力升高,進(jìn)口壓力表出現(xiàn)故障而未能及時顯示;調(diào)壓器運(yùn)行過程中安全閥失效,致使超壓燃?xì)鉄o法放散;運(yùn)行過程中人員操作失誤等。超壓爆炸雖然屬于物理爆炸,但爆炸后引起的燃?xì)庑孤O易引發(fā)后繼的火災(zāi)、爆炸。
??? b. 天然氣泄漏與爆炸
??? 設(shè)備、管道被腐蝕,密封件失效,儀器、儀表故障,人為誤操作,外界干擾等均是造成燃?xì)庑孤┑囊蛩亍P孤┤細(xì)庥龅秸緟^(qū)內(nèi)火源如施工動火、雷電、靜電火花等,易被引燃,發(fā)生爆炸。
2 天然氣泄漏爆炸事故災(zāi)害后果分析
??? 通過對危險有害源辨識可知,由天然氣泄漏導(dǎo)致的火災(zāi)、爆炸事故是影響面最廣、發(fā)展最迅速、后果最嚴(yán)重的燃?xì)馐鹿手弧?/div>
??? 天然氣爆炸事故大多是由天然氣泄漏后遇到點(diǎn)火源而形成。事故引起損失的大小與天然氣的泄漏量和泄漏點(diǎn)附近的人員、財物分布有關(guān)。
??? 燃?xì)庑孤┖笤斐傻淖畈焕蠊切纬烧魵庠票ā1疚淖裱鹿首畲蠡瓌t,對天然氣爆炸事故進(jìn)行模擬并對后果進(jìn)行評價。
2.1 蒸氣云爆炸事故機(jī)理
???蒸氣云爆炸(Vapor Cloud Explosion,VCE)是由于氣體或易于揮發(fā)的液體燃料的大量快速泄漏,與周圍空氣混合形成覆蓋范圍很大的“預(yù)混云”,在某一有限空間遇點(diǎn)火源而導(dǎo)致的爆炸。導(dǎo)致蒸氣云爆炸必須具備可燃?xì)怏w泄漏并與周圍空氣預(yù)混、延遲點(diǎn)火、有限空間等條件。
2.2 天然氣泄漏量計算
??? 造成天然氣泄漏的原因有多種,如閥門、法蘭密封件失效,管道、儲罐腐蝕及疲勞失效,燃?xì)獬瑝和庖绲?。考慮燃?xì)庑孤┑淖畈焕麠l件,進(jìn)行天然氣泄漏量計算,先作以下幾點(diǎn)假設(shè):泄漏面積為1.0mm2圓形孔洞;泄漏時管道內(nèi)絕對壓力為1.7MPa;大氣絕對壓力為101.325kPa;溫度為25℃;從開始泄漏到發(fā)生爆炸的時間分別為5min、10min、30min、1h、6h、12h。
???① 天然氣泄漏時流動狀態(tài)判斷
滿足式(1)時,流動屬于音速流。
?
式中p0——大氣絕對壓力,Pa
??? p——管道內(nèi)天然氣絕對壓力,Pa
??? κ——天然氣等熵指數(shù),取1.316
滿足式(2)時,流動屬于亞音速流。
?
經(jīng)濟(jì)算得:
?
??? 根據(jù)式(1),氣體泄漏屬于音速流。
??? ② 天然氣泄漏量計算
音速流的泄漏量可采用下式計算[8]:
?
式中qm——天然氣泄漏質(zhì)量流量,kg/s
??? Cdg——?dú)怏w泄漏系數(shù),圓形裂口取1
??? A——裂口面積,mm2
??? M——天然氣摩爾質(zhì)量,kg/mol,取0.016kg/mol
??? R——摩爾氣體常數(shù),J/(mol·K),取8.314J/(mol·K)
??? T——天然氣溫度,K,取298K
??? m=qmt??? (4)
式中m——t時間內(nèi)天然氣泄漏量,kg