高压输气管道破裂泄漏事故影响分析

高压输气管道破裂泄漏事故影响分析

2008-11-13

摘要：论述了城市高压输气管道安全控制的现状，造成城市高压输气管道破裂泄漏的主要潜在危险因素，高压输气管道破裂泄漏事故过程分析，泄漏量、喷射火焰高度、爆炸冲击波损害半径的计算，提出了天然气高压输气管道及设施的安全防范措施。

关键词：高压输气管道；泄漏；数学模型；安全评价

Impact Analysis of Leakage Accident due to Breakage of High -pressure Gas Transmission Pipeline

YANG Guang，GU Kai

Abstract：A discussion is made on the present status of saf ety control of city high-pressure gas transmission pipelin e，the main potential risk factors causing breakage leakage of city high-pressure gas transmission pipeline，the proces s analysis of leakage accident due to breakage of high-pres sure gas transmission pipeline，and the calculation of leak age quantity，spray flame height and damage radius of blast shock wave. The safety prevention measures for high-pressur e natural gas transmission pipeline and facilities are put forward.

Key words：high-pressure gas transmission pipeline；leakage；mathematical model；safety evaluation

1 城市燃气高压管道现状

我国的城市燃气管网建设早期参照苏联的模式，主要通过对安全间距的控制来提高管网的安全性，输送压力越高，安全间距越大，从而降低事故损失，其有效性显而易见。因此，高压管道通常建设在城市外围人口密度小、路面宽阔的道路下面。但是，我国城市化进程不断加快，城市建设日新月异，不可再生的土地资源越来越稀缺，地价飞涨，原先埋设在城市边缘的高压输气管道两边人口变得越来越稠密，高楼、学校、工厂、地铁、城市快速路建设，使这类地区变成城市三类、四类地区，地下各类市政设施变得拥挤，例如电缆沟、排水管、地铁、人防、高层建筑的地下室等，使高压燃气管道的安全性越来越引起人们的重视。

面对这些新问题，我们需要有针对性地对城市高压输气管道潜在的危险因素加以分析，尤其对高压管道破裂，天然气泄漏后的影响范围、危害性认真研究，从而及时有效地采取防范措施，在事先预防、事中控制、事后处置的过程中，建立起一套适合自身特点的事故预警和应急处置机制。

2 造成管道破裂泄漏的主要潜在危险因素

外力破坏是目前高压输气管道破裂造成天然气泄漏主要危险因素，包括人为破坏和自然灾害破坏。人为破坏主要指第三方破坏，即不在管道单位的巡查及监督管理下，施工单位野蛮施工挖破管道、沿线违章骑压管道、运移土层，造成管道暴露及悬空等，致使输气管道破裂，天然气大量泄漏，其主要行为有打桩、挖掘、打地质探测井、定向钻、大开挖等机械施工。自然灾害破坏主要指在台风、地震、暴雨、洪水、地基塌陷等情况下，发生泥石流、土层移动、坍塌等，造成管道暴露、悬空及位移，受外力而破坏[1]。

另外，造成管道破裂的其他因素还有施工安装缺陷、燃气管道腐蚀失效、燃气管道材料选用不当等。

3 高压输气管道破裂事故分析[2、3]

高压输气管道破裂后天然气泄漏事故过程可以分为4个阶段：泄漏、形成火球、喷射火焰、爆炸。根据国内外的经验和实际发生的案例，高压输气管道破裂后发生泄漏、形成火球、喷射火焰、爆炸的概率分别为0.90、0.01、0.05、0.04。

①泄漏

由于天然气比空气轻，管道内的天然气泄漏后会在泄漏点上空积聚并不断向上扩散，这是事故发生的初始阶段，也是最有利于控制，将危害降低到最小的关键时期。这一时期采取的最有效控制措施包括：迅速切断泄漏点上下游阀门，从源头控制泄漏量，用消防水对破裂处喷水，防止因天然气喷射流速过高产生静电起火，同时对泄漏天然气进行稀释。

②形成火球

天然气泄漏后若尚未与空气充分混合即被点燃，属扩散式燃烧，形成球形或半球形火体，对周围产生强烈的热辐射。

③喷射火焰

从破裂口喷出的天然气被引燃并稳定燃烧，就形成喷射火焰，对周围人员、财产造成危害。这时候不能立即将从破裂口喷出的天然气火焰扑灭，而是应该首先将破裂口上、下游阀门关闭，防止火焰被熄灭后，新喷出的天然气再次积聚，造成更大的威胁。

④爆炸

大量天然气迅速泄漏到大气中，当天然气和空气的混合物处在爆炸极限范围内，遇到明火、静电等点火源，则可能发生爆炸。这时的影响范围非常大，瞬间会形成高温气体，造成强的热辐射和冲击波，对周围建筑物和人员造成大的伤害，其危害性远大于其他阶段。

4 数学模型建立与分析

国内外相关资料表明，形成火球阶段受外界条件制约较多，过程短，出现概率小，相关数据资料较少。因此，我们着重对高压输气管道破裂后气体泄漏、喷射火焰、爆炸这3个过程建立数学模型进行分析。以广东进口天然气组成为例，对ф508、运行压力为1.6MPa的城市次高压输气管道破裂泄漏的影

响进行分析。

①泄漏

高压输气管道破裂后，大量的天然气从破裂口喷射出来，泄漏危害范围近似一个扇形区域，其扇形的扩散角约40°[4]。管道中天然气泄漏质量流量与其流动状态有关。当式(1)成立时，泄漏口天然气喷射属于声速流动：

式中p

——环境大气压力，Pa

p——管道内天然气绝对压力，Pa

κ——气体等熵指数，天然气取1.29

经计算，该管道破裂后泄漏口天然气流动状态为声速流动，泄漏质量流量按式(2)计算[4]：