采用高斯模型分析输气管道泄漏后气体的扩散

要 ， 用 高斯 模 型确 定 了泄 漏 源 有效 高度 ， 采 天然 气扩 散 系数 ， 高度 与风速 的 关 系。指 出 ： 漏 源抬 升 高度 泄
与扩散 气体 的初 始 速度 和方 向、 初始 温度 、 漏 口直 径 、 泄 环境 风 速 的关 系； 扩散 系数 的 大 小 与大 气湍流 结
２１ ００年第 １ 期 ４
内 蒙古 石 油４ － Ｊｒ Ｃ－
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采 用高斯 模型 分析 输气 管道泄漏后 气体 的扩散
程 勇 ， 于 林 ， 安 林 姚
６Ｏ０） １ ５Ｏ （ 南石油大学 ， 川 成 都 西 四
摘
要： 在深 入 分 析输 气管道 泄 露 气体 扩散 的基 础 上 ， 据 天 然 气扩散 本 身 的特 征 和研 究 问题 的需 根
气 团在 大 气 中 的 扩 散 情 况 与 气 团 自身 性 质 有 关。 当气 团 密度 小 于空 气 密度 时 ， 团将 向上 扩 散而 气
不会 影 响下 面 的居 民 ； 气 团密 度大 于 空气 密 度时 ， 当
气 团将 沿着 地 面扩 散 ， 害很 大 。在 本 文分 析 中 ， 危 我
构、 离地 面 高度 、 面 粗糙 度 、 漏持 续 时 间、 地 泄 抽样 时 间 间 隔、 速 以及 离开 泄 漏源 的 距 离等 因数 的 关 系 ； 风 风 压 高度 变 化 系数 和 高度 的 函数 关 系。 关 键 词 ： 气 管道 ； 输 高斯模 型 ； 露 ； 泄 气体 扩散
２ 泄漏 源有 效高 度 的确定 泄漏 源有 效高 度是 指泄 漏气体 形成 的气 云基本
上变 成水 平状 时气 云 中心的 离地高 度 。在 大 多数 问
题 中 ， 漏 源有 效 高度 难 以 与泄 漏 源 实际 高 度相 一 泄 致。 它应 该 等于泄 漏 源实 际高度 加泄 漏源 抬升高 度 。
影 响泄漏 源 抬升 高度 的 因素很 多 ， 主要 包括 ： 扩
散 气体 的 初 始速 度 和 方 向 、 始 温 度 、 初 泄漏 口直径 、 环 境风 速及 风 速 随 高度 的 变 化率 、 境 温度 以及 大 环 气温 度 。 目前大 多 采用半 经验公 式 计算 抬升高 度 。 此 处采用 ２ Ｏ世 纪 ８ Ｏ年代 初 Ｗｉ ｏ ｌ ｎ根 据管道 破裂 泄漏 ｓ 实验所 得到 的经 验公 式 ：
与抬 升高 度 之和 ， Ｈ－Ｈ Ｈ； 即 － ＋Ａ ＝
收 稿 日期 ：Ｏ Ｏ Ｏ 一 Ｏ ２１— ４ ６
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Ｈｓ —— 泄 漏源 高度 ，Ｉ Ｉ； Ｔ
内 蒙 古石 油 化 工
表２
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日照强度的确定
△ Ｈ—— 抬 升高度 ， 由抬升 模型求 得 。
环境 风速 ； 气 云和 环境 之 间无 热 量交 换 。 云 团 内 ⑤ ⑥
参数 ） 因素 影响 ， 现 十分 复杂 的 函数 关 系 。天 然 等 呈
气 的 密度 与 空 气 的 密 度 相 差 比较 小 ， 可 以 采 用 高 故 斯 模型 计算 气 体 的扩 散 。 １ 高 斯模 型 基本 假设
中图 分类 号 ： ４ Ｘ７ ３
文献 标 识 码 ： Ａ
文章 编 号 ：Ｏ ６ ７ ８ （ ０ ０ １ 一 ｏ ４ 一 Ｏ １０ — ９ １２ １ ）４ ０９ ３ Ｚ轴 垂直 向上 延 伸 ， 图所 示 。 如 高斯 模型 除 了须 满 足 平 板模 型 中 的一般 假 设 外 ， 需 要 满足 如 下假 设 ： 还 ① 气 云在 平 整 、 障碍 物 的地 面上 空 扩散 ； 气 云 中不 无 ② 发 生化 学 反应 和相 变 反 应 ， 不 发 生液 滴 沉 降现象 ； 也 ③ 气体 泄 漏速 率 不 随时 间变 化 ， 为稳 定 泄漏 ； 风 即 ④
们仅 考虑 其 密 度接 近 于或 大 于空 气 密度 的气 团的 扩
散 。 了气 团本 身 性质 外 ， 团 的扩 散还 受大 气 稳定 除 气 度 （ 映地 表地 形 、 筑物 影 响风 流 局部 紊 流情 况 的 反 建
向为 水平 方 向 ， 速 和风 向不 随时 间 、 点和 高度 变 风 地 化 ， 团 中心 的 移 动速 度或 云 羽轴 向蔓 延速 度 等 于 云
１ １ 模 型 的基本 表达 式 ．
部或 云 羽 横截 面 上 浓 度 、 密度 等 参 数 服 从 高 斯 分 布
（ 正态 分布 ） 即 。
１ ２ 高斯模 型计算 公 式 ．
根据 高 斯模 型 ， 以泄漏 源 为原 点 ， 向方 向为轴 风
的空 间坐 标 系 中一 点 （ Ｙ ｚ 处 的浓 度 为 ： ｘ， ，）
ｃ—— 下风 向扩散 系 数 ， ｒ ｘ ｍ｝
— —
侧风 向扩散 系 数 ， ｍ； 垂 直风 向扩散 系 数 ， ｍ；
—
—
ＯＸＹＺ： 中原 点 。 是 泄漏 点在 地 面 上 的 正投 影 ， 其 Ｘ
Ｈ—— 有 效 源 高 ， 它 等 于 泄 漏 源 高 度 ｍ，
轴 沿下 风 向水 平 延伸 ， 轴 在水 平 面上 垂直 于 Ｘ轴 ， Ｙ
△日 一 ２． Ｖｓ ４
以 上 两 表 中 的 云 量是 指 当地 天 空 的 云 层 覆 盖
率 。例 如 ， 量为 ３ ８是指 当地 有 ３ ８的天 空有云 层 云 ／ ／ 覆盖 。 Ｅ照角是 指 当地太 阳光 线与 地平 线之 间的 夹 ｌ 度 。例 如 ， 阳光垂 直照 射地 面时 的 日照角 为 ９ 。 ０。
ｃ ， Ｈபைடு நூலகம் （ ） ，
× （ｘ － ｅｐ［ 一
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ｐ 荔］ Ｃ 一
］ ＋
］ ）
式 中 ： ｘ，，ｚ —— 空 间点 处 的浓 度 ，ｇ ｍ。 Ｃ（ Ｙ ｙ ） ｋ／ ；
Ｑ。 —— 泄 漏源 强 ， ｇ ｓ ｋ ／；
高斯模型 示意图
Ｖ—— 风速 ， ｓ ｍ／ ；
高 斯模 型 用 来描 述 危 险物质 泄 漏形 成 的非 重 气 云 扩 散行 为 ， 描 述 重 气 云 在 重 力 作 用 消 失 后 的 远 或 场 扩 散 行 为 。为 了 便 于 分 析 ， 立 如 下 坐 标 系 建