【摘要】：含硫天然氣的泄漏會(huì)造成人員中毒,嚴(yán)重威脅管道附近人員的生命安全,ASME標(biāo)準(zhǔn)中推薦的潛在影響半徑計(jì)算模型不適用于含硫天然氣管道。常用氣體擴(kuò)散模型忽略泄漏氣體的噴射作用導(dǎo)致中毒影響半徑計(jì)算結(jié)果過(guò)于保守,因此首先分析含硫天然氣管道泄漏特點(diǎn),考慮泄漏氣體噴射高度和泄漏速率的變化對(duì)硫化氫地面體積分?jǐn)?shù)的影響,基于天然氣泄漏擴(kuò)散規(guī)律建立了不同時(shí)刻煙團(tuán)和煙羽體積分?jǐn)?shù)疊加表征的硫化氫中毒潛在影響半徑R計(jì)算模型�？紤]截?cái)嚅y緊急關(guān)閉影響,按照30 s時(shí)間提出了泄漏速率分段計(jì)算依據(jù),并合理確定了瞬時(shí)泄漏氣團(tuán)質(zhì)量Q、連續(xù)性泄漏源強(qiáng)q、擴(kuò)散參數(shù)以及泄漏氣團(tuán)中心高度H等基本參數(shù)。針對(duì)不同壓力、管徑、硫化氫體積分?jǐn)?shù)條件,進(jìn)行了中毒影響半徑、熱輻射潛在影響半徑及忽略噴射高度的影響半徑對(duì)比分析,合理提出了按照中毒潛在影響半徑確定含硫天然氣管道潛在影響半徑的計(jì)算方法。
【圖文】：

鵲燃段r菔盿=0.527，b=0.865，c=0.28，d=0.9。2.2氣團(tuán)中心高度的取值氣團(tuán)從管道中泄漏出后首先快速上升，在巨大阻力條件下，垂直方向速度迅速衰減，氣團(tuán)在很短時(shí)間內(nèi)上升到穩(wěn)定高度。泄漏氣體噴射高度由射流作用產(chǎn)生的位移z1和膨脹作用產(chǎn)生的位移z2兩部分組成，z1和z2可由式(7)計(jì)算［11］。z1=12.4u0dti醕z2=33u0d2ρbti醕{2(7)式中u0為泄漏氣體在孔口處的速度，m/s;d為孔口直徑，m;tc為氣團(tuán)中心高度穩(wěn)定時(shí)間，s;ρb為泄漏氣體初始密度，圖1不同管道泄漏速率隨時(shí)間變化曲線Fig．1Variationofreleaseratevs．distanceofdifferentpipelinekg/m3;根據(jù)式(7)對(duì)不同管道條件下，管道泄漏的噴射高度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。從表1可以看出，管徑越大，運(yùn)行壓力越高，發(fā)生泄漏后的噴射高度越大。在計(jì)算含硫天然氣管道的中毒潛在影響半徑時(shí)，可按照表1提供的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同管道條件選擇對(duì)應(yīng)噴射高度代入模型。2.3擴(kuò)散源強(qiáng)的計(jì)算由于泄漏方式的不同，對(duì)于瞬時(shí)泄漏階段和連續(xù)性泄漏階段的源強(qiáng)應(yīng)分別計(jì)算。瞬時(shí)泄漏氣團(tuán)的總質(zhì)量應(yīng)等于30s內(nèi)管道泄漏的氣體總質(zhì)量Q30，將Q30用管道內(nèi)氣體總質(zhì)量QP表示為Q30=αQP(8)式中Q30為管道在30s內(nèi)泄漏出的氣體質(zhì)量，kg;QP為管道內(nèi)氣體總質(zhì)量，kg。將泄漏過(guò)程分為100個(gè)時(shí)間段，根據(jù)管道初始泄漏速率，運(yùn)用氣體狀態(tài)方程計(jì)算各時(shí)間段對(duì)應(yīng)的泄漏速率，以此類推可依次計(jì)算出各時(shí)間段內(nèi)所泄漏的氣體量。α等于Q30和QP的比值，計(jì)算結(jié)果見表2。從表2可以看出，α與管道運(yùn)行壓力關(guān)系不大，但隨著管徑的變小會(huì)明顯減校在計(jì)算泄漏氣團(tuán)的質(zhì)量時(shí)，可以根據(jù)管道條件在表2中選擇α的取值。運(yùn)用氣?

－0.2H2t－2+56.32pD2t－1.765e－1.79H2t－1.8{Ｒ=ut(11)式中t為擴(kuò)散時(shí)間，s;φ0為天然氣質(zhì)量濃度閾值，kg/m3;Ｒ為含硫天然氣管道潛在影響半徑;u為風(fēng)速，m/s。應(yīng)用該模型時(shí)首先計(jì)算不同時(shí)刻點(diǎn)P(ut，0，0)的天然氣質(zhì)量濃度閾值，確定P點(diǎn)天然氣體積分?jǐn)?shù)降低至閾值對(duì)應(yīng)的時(shí)間t，并用風(fēng)速u乘以時(shí)間t可得硫化氫中毒潛在影響半徑Ｒ。4應(yīng)用與分析利用建立的中毒潛在影響半徑計(jì)算模型，對(duì)管徑范圍114～660mm、壓力范圍2～7MPa的管道不同時(shí)間下目標(biāo)位置P點(diǎn)的天然氣質(zhì)量濃度閾值進(jìn)行計(jì)算，見圖3。從圖3可以看出，對(duì)于同一直徑的管道，壓力越低，，點(diǎn)P(ut，0，0)達(dá)到最高質(zhì)量濃度閾值的時(shí)間越短，但質(zhì)量濃度閾值衰減的速度也越快。而對(duì)同一壓力管道而言，管徑越小，點(diǎn)P(ut，0，0)達(dá)到最高體積分?jǐn)?shù)的時(shí)間越短，但體積分?jǐn)?shù)衰減得也越快。管道硫化氫含量為10%和20%時(shí)潛在影響半徑計(jì)算結(jié)果見圖4。從圖4可看出，含硫天然氣管道硫化氫中毒影響半徑隨介質(zhì)氣體硫化氫體積分?jǐn)?shù)、管徑、運(yùn)行壓力的增大而增大，對(duì)比不同管道條件下的潛在影響半徑計(jì)算結(jié)果可知:1)管徑范圍在114～660mm、壓力范圍在2～7MPa時(shí)，天然氣中硫化氫體積分?jǐn)?shù)為10%、20%對(duì)應(yīng)的中毒影響半徑分別是61.96～339.04m、85.29～504.15m;2)根據(jù)1)中管道條件，采用ASMEB31.8S天然氣管道潛在影響半徑計(jì)算模型確定的熱輻射潛在影響半徑介于16.06～圖3不同管道條件下質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化Fig．3Variationofmassconcentrationofnaturalgaswithtimeunderdifferentpipeconditions1912016年12月何沫，等:含硫天然氣管道中毒潛在影響半徑計(jì)算方法Dec．，2016
【作者單位】： 西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院;中石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院;中石油西南油氣田分公司川東北氣礦;
【分類號(hào)】：TE973;TE88

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