天然氣管道高后果區泄漏爆炸應急處置研究

張寬

摘要：在人們的日常生活中，天然氣的使用是必不可少的。我國目前有西氣東輸、川氣東送等多條天然氣長輸管道，途經地貌多樣，地質結構復雜，沿線常穿越地震、泥石流、滑坡、塌陷等災害多發的高后果區，可能導致管道內天然氣大量泄漏，一旦遇到明火，易造成著火爆炸等事故。因此，制定應急處置措施具有重要意義。

關鍵詞：天然氣長輸管道;應急處置;高后果區;爆炸

引言

隨著我國國民經濟的不斷發展和人民生活水平的提高，天然氣的應用得到迅速的發展，燃氣作為重要的能源形式之一應用越來越廣泛。城市燃氣管道一般采用埋地方式鋪設，但由于受腐蝕和人為破壞等因素的作用，天然氣管道泄漏事故時有發生。天然氣爆炸極限范圍較大，具有易燃、易爆的性質，天然氣泄漏爆炸事故一般會造成大量人員傷亡和嚴重的財產損失，具有較大的危害性。因此，對天然氣管道泄漏后，確定其危害范圍具有重大意義。

1概述

高后果區是指如果管道發生泄漏會危及公眾安全，對財產、環境造成較大破壞的區域。GB50251—2015《輸氣管道工程設計規范》將管道沿線地區劃分成4個等級，其中三級和四級地區人口密度相對集中。根據中國石油天然氣集團公司的企業標準Q/SY1180.2—2009《管道完整性管理規范》以及美國交通運輸部的法規49CFR192《管道安全法天然氣部分》，高后果區應納入三級地區或四級地區。隨著我國新農村及城鎮化建設的推進，原來低地區等級的高壓輸氣管道敷設區逐漸過渡為城市規劃建設用地，造成地區等級升級，形成新的高后果區，管道一旦發生泄漏，常會發生火災爆炸、環境污染等事故，將對社會生活、人身安全和自然環境造成重大危害。因此，對此類地區天然氣管道泄漏規律的研究，顯得尤為重要。對于氣體擴散規律，等經典擴散模型，隨后國內學者又對這些經典模型進行了優化改進。但上述半經驗模型具有一定局限性，其準確性受到模型假設和氣體擴散條件的影響。近年來，隨著計算機技術的發展，數值模擬技術逐漸應用到了氣體泄漏規律的研究。對城區天然氣管道泄漏進行了數值模擬，分析了不同風速及管道壓力下天然氣的泄漏情況;對架空和埋地高含硫天然氣管道泄漏進行了數值模擬，分析對比了兩種工況下的天然氣泄漏情況;基于穩定風場對架空及埋地天然氣管道泄漏進行了數值模擬，證明了風場穩態模擬對天然氣泄漏擴散模擬的必要性。然而，已有天然氣管道泄漏的模擬研究少有考慮管道泄漏位置及高后果區這一特定環境對天然氣泄漏擴散的影響。為此，本文運用FLUENT專業模擬軟件，綜合考慮不同風速、不同泄漏位置、不同管道壓力以及高后果區復雜環境對高壓天然氣管道泄漏擴散的影響，建立天然氣管道泄漏模型，模擬得出了高后果區天然氣管道泄漏擴散規律。

2天然氣管道高后果區泄漏爆炸應急處置研究

2.1處置力量

埋地天然氣長輸管道發生泄漏后，如果沒形成受限空間，遇火源可能會發生閃爆，當泄漏90s時發生閃爆，爆炸超壓影響較大，一般會低于20kPa，但在2m/s的風速下，閃爆后持續燃燒產生熱輻射（≥4kW/m2）影響半徑將達到490m。發生爆炸事故后，管道內壓力較大，氣體會持續外泄并參與燃燒，作戰主要任務為控制火勢蔓延，對周邊人群進行疏散、搜救，因此，救援力量應以消防、搜救、管道維搶修為主。

2.2帶壓焊接堵漏技術

在天然氣管道運輸的過程中，如果壓力容器、管道出現泄漏，要在動態條件下實施補焊操作，是非常難實現的。補焊時溫度非常高，管道金屬會出現融化的狀態，在金屬未完全冷卻之前，管道內噴出的介質會對融化的金屬產生一定的作用，甚至可能噴跑融化金屬。其次，泄漏的介質往往具有危險性，在高溫環境下焊接，非常容易引起爆炸，安全性極低。帶壓焊接堵漏技術是在高壓條件下，使用熱能將焊接材料融化，然后用融化的金屬來填補裂縫，從而在裂縫處形成一個焊接接頭，進而實現堵漏的目的。這種堵漏技術是一種較為特殊的技術，在實際操作中需要用到較多的設備，而且工藝較為繁瑣，在實際應用中較少。

2.3不同風速時甲烷體積分數分布

以輸氣壓力（絕對壓力）10MPa和管頂泄漏為例進行模擬，分析不同風速（v=2m/s，3m/s，4m/s和5m/s）時甲烷體積分數分布，模擬截圖分別見圖4a～4d（流速單位為m/s）。比較圖4a～4d可以得知：在研究范圍內，風速對甲烷爆炸范圍的影響較大，風的作用使爆炸范圍向下風向移動并且爆炸極限邊線高度逐漸下降。由于建筑物的阻礙，風對兩建筑物之間甲烷的稀釋作用不明顯，其間甲烷體積分數均在15%以上，雖不會發生爆炸，但有使人窒息的危險。風速為2m/s時，爆炸范圍較小，主要分布在距地面50～60m的高空區域;風速為3m/s時，爆炸范圍擴大并且下移，主要分布在距地面30～60m的區域;風速為4m/s時，爆炸范圍進一步擴大，主要分布在較高建筑物背風側距地面45m以下區域;風速為5m/s時，爆炸范圍有所減小，主要分布在較高建筑物背風側距地面35m以下區域。

結語

通過對管道高后果區泄漏模擬分析，得到最不利條件下的模擬，定量分析可能產生的爆炸危害，可以得到救援力量、搜救力量、維搶修力量的最佳處置方案，最大限度高效處置險情，并能節約大量人力、物力資源。此類管道高后果區泄漏爆炸應急處置方式，能夠為國內長輸天然氣管道險情處置提供參照依據。

參考文獻：

[1]鐘漢.長輸管道穿（跨）越江河段泄漏應急處置探討[J].安全、健康和環境，2018，18（3）：46-50.

[2]康向陽，張彬，慎乃齊，等.西氣東輸工程甘肅段地質災害發育特征及防治對策[J].地質災害與環境保護，2009，10（4）：38-43.

[3]廖毅，于川，孫昊茹.基于高斯模型的新場氣田輸氣管道泄漏模擬研究[J].安全、健康和環境，2018，18（7）：28-32.

[4]狄彥，帥健，王曉霖，等.油氣管道事故原因分析及分類方法研究[J].中國安全科學學報，2013，23（7）：109-115.