天然气管道泄漏事故后果量化评价分析
作者:吴峰 王锐
评论: 更新日期:2012年08月06日
摘要:针对天然气管道泄漏后,可燃气云形成的爆轰、火球热辐射事故,量化了两种事故对人体造成的伤害及危害半径,结合算例进行了分析计算。
关键词:天然气管道;泄漏;事故后果;爆轰;火球热辐射
当天然气管道发生爆裂时,泄漏的天然气与空气混合形成可燃气云,当气云达到爆炸极限时,若遇火源易发生爆炸。在可燃气云发生燃烧、爆炸时,约10%的天然气发生爆轰,并产生冲击波;约90%的天然气燃烧形成火球热辐射。因此,在对天然气管道泄漏事故进行定量分析时,应分析可燃气云分别产生爆轰、火球热辐射的事故后果[1~2]。许多研究机构及燃气公司对燃气泄漏的检测、抢修、控制方法进行了研究[3~11]。本文针对天然气管道泄漏事故,综合考虑天然气泄漏后可能发生爆轰、火球热辐射,对天然气管道泄漏事故后果进行量化评价分析。
1 量化评价分析
1.1 爆轰
① 等效TNT质量
为了计算方便,可把发生爆轰的天然气质量按 式中能量等效的原理换算成TNT的质量进行近似处理。在计算出等效TNT质量后,则可以按常用的TNT标准爆源爆炸后的计算式求解爆轰场内各点的冲击波超压,并据此评估对目标的伤害程度[12~14]。通常把参加爆轰的天然气体积占泄漏天然气总体积的比例称为TNT收率。由于爆轰的危害远大于混合燃烧,根据危害最大化原则,取TNT收率为10%对爆轰危害进行评价。
等效TNT质量mTNT的计算式为:
式中mTNT——等效TNT质量,kg
Qd——可燃气云爆轰时释放的总能量,kJ
QTNT——TNT标准爆源的爆热值,kJ/kg,取4500kJ/kg
md——发生爆轰的天然气质量,kg
Qe——天然气的爆炸热,kJ/kg,可取甲烷的燃烧热,取5.56×104kJ/kg
η——TNT收率,取0.1
m——天然气泄漏质量,kg
qm,f——天然气泄漏质量流量,kg/s
f——天然气泄漏持续时间,s
② 冲击波超压
对于质量为mTNT的TNT标准爆源,在地面发生爆炸时,爆轰场冲击波超压的计算式为[2,12]:
式中△p——冲击波超压,MPa
Rd——爆轰破坏半径,m
冲击波超压准则认为,接受体是否被破坏完全取决于冲击波超压,当接受体接受的冲击波超压超过接受体自身能够承受的临界超压时,即被破坏。冲击波超压对人体的伤害程度见表1[13]。
表1 冲击波超压对人体的伤害程度[13]
冲击波超压/MPa | 对人体的伤害程度 |
1.O0 | 大部分人员死亡 |
0.75 | 内脏严重损伤或死亡 |
0.40 | 听觉器官损伤或骨折 |
0.25 | 轻微损伤 |
将表1中的冲击波超压代入式(5),可得到不同冲击波超压下的爆轰破坏半径计算式。