焦作燃氣公司磨頭首站匯氣管噴射火災危害模擬分析

摘 要:匯氣管是天然氣集輸和分配中必不可少的重要設備之一，具有壓力高、數量大的特點，匯氣管的安全運行對整個燃氣輸配系統具有重要意義。本文對焦作城市燃氣公司磨頭首站匯氣管噴射火災危害，運用數值模型分別對火焰噴射高度和熱輻射產生危害的程度進行模擬，并對模擬結果進行了分析，得出了得出了相應的結論。

關鍵詞:天然氣 匯氣管 火災 模擬計算

中圖分類號:X928.7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0038-02

發展的天然氣工業對于提高經濟效益，減少城市大氣污染，方便居民生活等各方面都帶來好處。然而隨著我國燃氣事業的快速發展，燃氣管網的管理水平亟待提高，各類安全問題乃至頻發的天然氣事故給我們帶來了種種憂慮。導致事故的原因和事故后果的定量分析對于降低管網運行風險，保證人民生命財產安全具有重要意義[1-2]。

本文針對焦作中燃城市燃氣發展有限公司磨頭首站匯氣管噴射火災危害采取定量計算的方法，通過噴射火災事故模型和熱輻射事故模型的計算，確定天然氣泄漏后可能引起的噴射火焰高度、熱輻射范圍和強度，估算出當發生火災時對設備造成的損傷及對人造成的傷害的程度，這不僅有利于磨頭首站匯氣管路系統的安全運行，也為管網風險評價提供了參考[3-4]。

1 天然氣管道噴射火災危害模型的建立

1.1 火焰噴射高度模型

天然氣噴出的速度一般較大，流體雷諾數在104數量級，處于湍流射流，擴散火焰的高度與射流速度無關，而與噴射口處的直徑直接相關。Hustand和Sonju通過試驗和化學動力學推導得到適用于出現較大孔洞時的甲烷噴射火焰與氣體運動雷諾數存在的量化關系。計算公式為:

(1)

式中:A—系數，甲烷取21

—噴射火焰段氣體的速度

—火焰高度，m

—裂口處的直徑，m

—重力加速度

1.2 熱輻射模型

目前，計算熱輻射的經典數學模型主要有:點源模型[5]和固體火焰模型[6]。點源模型認為火焰的輻射熱由火焰軸線上半高度位置的中點發出，忽略火焰寬度的影響，其計算較為簡單。

點熱源的熱輻射通量計算公式:

(2)

式中:HC—燃燒熱，J/kg

—點熱源熱輻射通量，W

—泄漏氣體質量流量，kg/s

η—效率因子，可取0.35

噴射火焰射流軸線上某點熱源i到距離該點x處一點的熱輻射強度為:

式中:—點熱源i到距離該點x處一點的熱輻射強度，W/m2;

—輻射率，可取0.2;

R—點熱源到目標點的距離，m;

2 磨頭首站匯氣管噴射火災事故危害程度模擬計算

選取磨頭首站工藝裝置區DN400匯氣管進行計算，設計流量:5.0×108m3/a，西氣東輸天然氣高發熱值35.93MJ/m3，氣體密度為0.785kg/m3，輸送氣體的出口平均溫度20℃。假設在管路減壓末端部分某處發生貫穿性破裂(采用最危險狀況)，天然氣噴出很短時間就遇明火點燃，形成噴射火災。

2.1 噴射口處氣體流量與速度

氣體的體積流量(標準狀況下)為:

MV=40000m3/h=11.1m3/s

相應的質量流量為:

kg/s

管口斷裂處的氣體以標準狀況計算，則噴射口處的氣體速度為:

m/s

2.2 噴射火焰長度

采用Hustand 和Sonju 計算公式，假設氣體的主要成分為甲烷，可以得出:

貫穿性破裂口直徑取為管道直徑，則火焰長度為:

H=102.5×0.4=41(m)

2.3 熱輻射計算

取氣體的高燃燒熱值計算點熱源的輻射通量為:

kW

2.3.1 火災損失

火災通過輻射熱的方式影響周圍環境，當火災產生的熱輻射強度足夠大時，可使周圍的物體燃燒或變形，強烈的熱輻射可能燒毀設備甚至造成人員傷亡等。

火災損失估算建立在輻射通量與損失等級的相應關系的基礎上，熱輻射的不同入射通量所造成的損失見表1。

2.3.2 熱輻射危害區域的計算

根據噴射火焰射流軸線上某點熱源i 到距離該點x處一點的熱輻射強度公式:

—點熱源i到距離該點x處一點的熱輻射強度，KW/m2;

—輻射率，可取0.2;

—點熱源到目標點的距離，m;

輸氣管道破裂后噴射火焰熱輻射危害區域計算見表2。

3 結語

磨頭首站工藝裝置區輸氣管道發生貫穿性破裂形成噴射火災，噴射火焰長度為41m;

距噴射火焰射流軸線上某點熱源6.6m范圍內操作設備全部損壞，10s內出于此范圍內的人員有1%的死亡概率，1min內則有100%的死亡概率;

距噴射火焰射流軸線上某點熱源8.1m范圍內在無火焰、長時間輻射下，木材被烤會燃燒，人員若不及時撤出則在10s發生重大傷亡，1min有100%的死亡概率;

距噴射火焰射流軸線上某點熱源11.5m范圍內有火焰時，木材會燃燒，塑料會熔化，人員在10s會發生1度燒傷，1min會發生1%的死亡概率。

參考文獻

[1]萬禮鋒，尹貽林，張麗君.城市燃氣管網安全分析體系[J].煤氣與熱力.2007，27(11):50-53.

[2]于京春，解東來，馬東蓮.城鎮燃氣管網風險評估研究進展及建議[J].煤氣與熱力.2007，27(12):38-42.

[3]油氣田及管道建設設計專業標準化委員會.GB 50251 #2003輸氣管道工程設計規范[S].北京:中國計劃出版社.2003.

[4]河南鑫安利安全評價有限公司.焦作市天然氣利用工程安全預評價報告[S].2010.

[5]劉詩飛，詹予忠.重大危險源辨識及危害后果分析[M].北京:化學工業出版社.2004.

[6]楊昭.天然氣管道孔口泄漏危險域的研究[J].天然氣工業.2006，26(11):156-159.