CNG储气瓶泄漏事故后果模拟分析评价

CNG储气瓶泄漏事故后果模拟分析评价

摘要：CNG储气瓶由于高压和介质可燃爆两大事故因素，无论发生何种事故，都可能引发泄漏，火灾，化学爆炸和物理爆炸。本文即对CNG储气瓶泄漏后导致爆炸事故进行事故后果模拟分析，计算其爆炸冲击波的伤害范围。

关键词：CNG储气瓶泄漏事故后果

一、引言

随着天然气在汽车能源中所占比重的增大，越来越多的加气站被建立，压缩天然气（CompressedNaturalGas，简称CNG）加气站是常见的一类，在各种CNG 加气站里，通过压缩机加压压缩，强行将天然气储存在特制容器内，专供汽车加气的备用装置或系统，称为储气装置或储气技术[1]。CNG储气瓶是加气站常用的储气装置，该装置一般具有25～30MPa的高压，其储存的压缩天然气的主要成分是甲烷，属一级可燃气体，甲类火灾危险性，爆炸极限为5%～15%，最小点火能量仅为0.28mJ，燃烧速度快，燃烧热值高，对空气的比重为0.55，扩散系数为0.196，极易燃烧，爆炸，并且扩散能力强，火势蔓延迅速，一旦发生事故，难以控制[2]。

CNG储气瓶由于高压和介质可燃爆两大事故因素，无论发生何种事故，都可能引发泄漏，火灾，化学爆炸和物理爆炸，如果事故得不到有效控制，还可相互作用，相互影响，促使事故扩大蔓延及至产生巨大的冲击波危害，因此，对其危害后果做出合理评价具有重大意义[1]。

二、泄漏事故后果模拟分析

假设某一加气子站内有3支4m3大容积储气瓶，其中一支储气瓶的瓶口处发生天然气泄漏，模拟分析如下：

1.泄漏量计算

1.1 泄漏类型判断

P-储气瓶组内介质压力，取25MPa

P0 -环境压力，取0.1 MPa，则P0 / P = 0.004

k-介质的绝热指数，取1.316

，则介质流动属音速流动。

1.2泄漏孔面积和喷射孔等价直径

泄漏发生在储气瓶瓶口处，内径D0为6mm（泄漏孔100%计）

泄漏孔面积A：

A = π D02/4 = 2.83×10-5（m2）

喷射孔等价直径D：

D = D0 （ρ0 / ρ）1/2= 6×（709.5/1290）1/2= 4.45（mm）

式中：ρ0 -泄漏气体密度，kg/m3；取709.5

ρ-环境温度下气体密度，kg/m3；取1290

1.3泄漏速度

式中：Q0-泄漏速度，kg/s

Cd-气体泄漏系数，取1.00

M-分子量，取16.04

R-气体常数，取8.31 J/（mol·K）

T-气体温度，K；取273

代入公式计算结果为：Q0= 0.28 kg/s

二、造成爆炸需要的时间

天然气泄漏后在空气中的浓度如达到其爆炸下限5%，遇点火源即可产生爆炸。设天然气的扩散体积为：V=50m3，其相对于空气的密度为0.55，则达到其爆炸下限5%的最小时间为：

即在天然气泄漏6.3s后，遇明火、电火花、静电等，发生爆炸、火灾。

三、爆炸冲击波的损害半径

按下式计算爆炸冲击波的损害半径R：

式中，E-爆炸能量，kJ，；

N-效率因子，冲击波能量与总能量的比率，一般取N=10%；

CS-经验常数，取决于损坏等级，按1、2、3、4级取值，见下表。

爆炸冲击波的伤亡范围表

三、结论

1.根据泄漏事故模拟计算结果，当加气站储气瓶组内的天然气发生泄漏后，在泄漏6.3s后，遇明火、电火花、静电等，发生爆炸、火灾，爆炸冲击波对半径17.5m内的人员和设备会造成严重危害；爆炸冲击波同时对人员和设备造成损害的半径可达87.5m；对设备造成损坏的半径可达233m。

2.加气站多数建于市区，当储气瓶发生爆炸事故时，有可能波及附近居民，因此其安全区域需要格外明确，以保证安全。

3.对新建加气站，应严格履行政府部门各项审批手续，请有资质单位进行设计、施工、安装。而在经营过程中，应规范管理，确保运行安全。

4.应请有资质的单位对储气瓶组及安全附件进行定期检测，确保储气瓶组安全使用。

5.制定适宜的事故应急救援预案，并定期组织应急处置演练和伤员急救培训，提升危险化学品应急处置能力。

6.定期进行安全检查，做到有制度、有落实、有检查、有提高，发现安全隐患及时消除。

7.新员工上岗前应进行生产和防火安全技术培训，学习各项规章制度及安全操作规程、消防安全知识，并经考核合格后方可上岗；对一般从业人员进行经常性安全教育，不断提高职工防火安全意识和按章操作、遵守各项规章制度的自觉性；对外来参观、学习等人员应进行有关安全规定及安全注意事项的培训教育。

8.随着加气站不断发展，应不断加大安全投入，积极采用先进的安全管理手段和方法达到防范目的，使加气站的安全管理工作实现科学化和标准化。

参考文献

[1]杨云伦.加气站CNG储气装置的安全评价及事故预防与处置技术[A].全国天然气汽车加气站技术研讨会论文集[C].2002，65（2）：6-8.

[2]黄郑华，李建华，张良.压缩天然气加气站的安全设计[J].油气储运.2005，24（6）：47