燃氣管道泄漏原因及擴散影響因素分析

王 瑞

（馬鞍山博望港華燃氣有限公司，安徽馬鞍山 243000）

近些年來，國內燃氣消費量逐步上升，始終保持在較高水平。以2022年為例，根據國家發改委公布的數據，國內天然氣表觀消費量達到3 663億m3，巨大的消費體量，有效改善了能源消費結構。由于燃氣易燃易爆的特殊屬性，在管道運輸過程中，應當依法依規做好管道管理維護，準確識別燃氣管道泄漏原因和擴散影響因素，在此基礎上，整合技術要素、管理要素、人力要素，搭建起完備的燃氣管道管理模式。

1 燃氣管道泄漏原因分析

總結梳理燃氣管道泄漏原因，引導工作團隊形成正確認知，準確把握燃氣管道泄漏事故處置要點，為后續燃氣管道泄漏事故的預防和應對提供方向性引導。

1.1 設備自身原因

管道作為燃氣運輸的重要路徑，與其他運輸方式相比，有著明顯的技術優勢，可以在保證燃氣運輸規模的前提下，降低安全事故發生率，節約總體費用支出。近些年來，隨著燃氣消費體量的增加，管道體系日益完善，形成了涵蓋氣源廠、加壓設備、輸送管道、調壓設備、戶內設施等不同單元模塊，不同單元模塊之間高效聯動，為燃氣運輸提供技術支持[1]。但必須清楚地認識到，燃氣管道組成相對復雜，設備數量較多，地下隱蔽工程量較大，設備在運行過程中發生故障的概率較高，設備故障問題如果沒有及時發現與科學處理，將會極大增加燃氣管道泄漏問題的發生概率。具體來看，燃氣管道由于運輸距離較長，運輸環境復雜，往往對于管道自身質量有著嚴格要求。但從實際情況來看，部分燃氣管道設備質量沒有達到技術標準，存在防護設施不達標、防腐措施不得當等隱患。隨著服務年限逐步增加，部分管道容易出現跑、冒、滴、漏等情況。燃氣管道和附屬設施如果沒有按照相關操作要求進行更換，出現超齡使用的情況，將會導致管道老化破損，引發燃氣泄漏。例如，為避免對城市道路交通產生妨礙，多數情況下，采取管道地下鋪設的方式。這種管道空間布局，使得燃氣管道極易受到土質酸堿度的影響，發生化學腐蝕或者電化學腐蝕等問題，誘發管道破損，造成燃氣泄漏[2]。基于燃氣的易燃易爆特性，在燃氣管道體系規劃、布局過程中，增設了安全閥、防爆閥、防爆片、泄壓閥、報警系統等安全防護裝置，旨在通過安全防護裝置的介入，實現對潛在安全風險精準識別，最大限度地降低燃氣泄漏產生的威脅。但從實際情況來看，部分燃氣管道安全防護裝置在使用過程中，出現工作失效的問題，安全閥、防爆閥、防爆片及報警系統無法正常工作，防雷裝置失效。上述問題如果沒有得到妥善處理和解決，勢必影響城市燃氣管道日常使用。結合以往經驗，燃氣管道泄漏事件的發生，還受到自然災害、氣候變化、地質變動等自然因素影響。自然災害發生后，部分燃氣管道會出現懸空、變形、斷裂、損壞等問題，進而誘發燃氣泄漏事件。隨著城市化進程的加快，在道路拓寬施工中，不合理的施工中作業，引發土壤沉降、地層擾動等系列問題。以鑄鐵管為例，鑄鐵管具剛度較強，在外力作用下極易發生斷裂或者接口泄漏，

1.2 人為管理原因

燃氣管道布設、管理過程中，工作團隊需要結合實際，依法依規做好燃氣管道維護工作，及時識別管道質量問題，防范燃氣管道泄漏風險。在工程質量、外力作用、安全管理等多重因素的聯動作用下，部分燃氣管道發生泄漏問題。具體來看，燃氣易燃易爆的特殊屬性，要求施工團隊在管道項目布設過程中，投入大量資源，規范施工流程，做好細節處理，提升施工項目總體質量[3]。但必須清楚認識到，受傳統施工思路的影響，部分燃氣管道施工項目沒有按照要求規范施工行為，少數施工人員沒有嚴格按照操作規程與技術規范組織開展管道施工任務，誘發系列管道施工質量問題，無形之中，提高了燃氣管道泄漏風險。燃氣管道對管材、管件焊接成效有著嚴格要求，施工人員通過對焊接參數、焊接方法合理調控，提升燃氣管道整體性、密封性。部分施工人員在燃氣管道焊接環節，存在認知盲區與方法漏洞，沒有結合施工要求，準確調整焊接參數，改進焊接方法，使得管道焊接區域質量不達標。根據相關研究機構公布的數據，51.2%的燃氣管道泄漏事件與管道焊接質量因素有關。燃氣管道運行過程中，對于外力作用如果沒有作出應對，易引發燃氣泄漏問題。具體來看，部分工作團隊沒有對燃氣地下管道開展監測活動，盲目地組織燃氣管道施工，造成燃氣管道破壞。近些年來，相關部門出臺了《城鎮燃氣管道管理條例》，對燃氣管道違章占壓事件進行處置，借助合理化舉措，約束違章占壓行為，保證燃氣管道運行穩定性與安全性。少數工作團隊在組織施工活動的過程中，沒有完全遵循《城鎮燃氣管道管理條例》要求，使得長輸管線周邊區域，沒有劃定安全界限就組織開挖取土、開發建筑物等活動，使城鎮燃氣管道受到擾動，容易引發燃氣管道破損等問題。為保證燃氣管道安全運轉，減少安全事故發生概率，工作團隊要加強安全管理，依托系列化安全管理舉措，識別安全風險，防范泄漏事故[4]。但是，部分施工企業對燃氣管道安全管理的重要性認識不足，沒有建立起完善的安全制度，缺乏系統性巡線檢查、查漏機制，加之燃氣安全宣傳不到位，使得燃氣企業難以搭建起完整的安全管理平臺，無法快速發現、識別燃氣管道泄漏風險，誘發管道泄漏問題。部分燃氣用戶缺乏安全用氣意識和安全用氣習慣，存在燃氣操作不正確、不遵循火等氣的問題；部分燃氣用戶出于自身利益的考量，私自改動室內燃氣管道線路，未定期檢修燃氣閥門、安全閥等安全設施，造成燃氣泄漏。

2 燃氣管道泄漏擴散影響因素及模型構建

燃氣管道泄漏擴散范圍影響因素較多，對擴散影響因素總結與梳理，實現燃氣管道泄漏問題的針對性處置，以最大限度地控制燃氣管道泄漏范圍，降低泄漏擴散威脅。

2.1 燃氣管道泄漏擴散影響主要因素

燃氣管道一旦發生泄漏問題，極易引發火災、爆炸等安全事件，對正常生產生活和公共安全產生嚴重威脅。為合理應對燃氣管道泄漏問題，最大地消除燃氣擴散可能產生的后果，增強現場救援、泄漏控制等活動高質量開展，工作團隊要發揮主觀能動性，準確把握燃氣管道泄漏擴散影響因素，通過泄漏擴散規律總結與運用，制定合理的燃氣管道泄漏處置預案，旨在最大限度地降低燃氣泄漏事故帶來的損失。結合以往經驗，影響燃氣管道泄漏擴散速率的因素主要與泄漏速率、泄漏口徑、泄漏源位置、泄漏時間、風向風速、障礙物分布有關。為實現燃氣管道泄漏擴散影響因素的量化分析，在燃氣管道泄漏問題處置環節，可以借鑒過往經驗，建立起相應數學模型，通過燃氣泄漏擴散數學模型，對整個燃氣管道泄漏擴散現象進行模擬，論證不同擴散影響因素與燃氣管道泄漏之間的相互關系，為后續燃氣管道泄漏問題處理提供數據支持。

2.2 燃氣管道泄漏擴散模型構建

燃氣管道泄漏擴散模型對于燃氣泄漏擴散范圍的估算、燃氣泄漏擴散安全等級的確立有著深遠影響，可有效增強燃氣管道泄漏事件處理能力，減少安全事件發生概率[5]。基于這種目標定位，遵循質量守恒定律、動量守恒定律、能量守恒定律，建立起燃氣管道泄漏擴散規模通用微分方程，借助數學模型對燃氣泄漏擴散方式進行模擬。方程表達式為：

數學模型中，?為通用變量，u為速度矢量， ?為廣義擴散屬性。通過完整的數學表達，將燃氣管道泄漏擴散模型可以更好地展現出擴散范圍、擴散數量、擴散威脅，實現燃氣管道泄漏擴散規律準確把握，為后續燃氣管道泄漏事故應對預案的設置、泄漏事故合理應對提供數據支持，消除燃氣管道泄漏擴散問題處理工作的盲目性。為了更好地論證燃氣管道泄漏擴散模型的真實性與有效性，可以充分利用數值模擬和實驗研究的方式，修正數學模型，最大限度地提升燃氣管道泄漏擴散模型實用屬性。基于上述研究思路，工作人員可以采取數值模擬，進行實證研究，根據數值模擬結果，修正研究方案。具體來看，結合燃氣泄漏擴散數學模型，工作人員模擬居民廚房的物理模型，組織實證研究，在這一思路指導下，制定1.3 m×1.1 m×2.2 m的房間尺寸，如圖1所示。

圖1 居民廚房模擬示意

在居民廚房模擬環節，要結合建筑布局和廚房內部燃氣管道布局，全方位模擬廚房規格，窗口、泄漏口和障礙位置，并在廚房模型內部建立起x、y和z三維坐標體系。通過三維坐標體系的建立，用于標記窗口、障礙物、燃氣管道的空間位置，泄漏口直徑設定為20 mm，窗戶尺寸設定為60 cm×40 cm。完成模型構建后，可以使用有限容積法對燃氣管道泄漏擴散模型進行離散分析，同時，借助SIMPLE 算法對離散方程進行求解，初步驗證燃氣管道泄漏擴散模型的有效性和合理性。

模型構建過程中，還需要做好實驗驗證的方式，真實模擬廚房輸氣管道布局，對燃氣管道泄漏擴散模型進行邊界條件的驗證。結合實際經驗，居民燃氣包括了液化石油氣和天然氣兩大類，液化石油氣使用范圍較廣，其密度大于空氣，因此一旦發生泄漏，極易產生重氣擴散效應。實驗驗證過程中，以液化石油氣作為研究對象，實驗中，設計具有通風能力的房間模型，在模型一側區域設置燃氣泄漏口，泄漏燃氣經過泄漏口擴散到房間，房間墻壁由有機玻璃搭建，便于工作人員全方位觀察廚房內的相關狀況，同時在房間有關區域安裝采集軟管，作為采集點，全方位追蹤房間內燃氣擴散情況，借助這種方式，全方位評估燃氣泄漏速度、泄漏時間、泄漏位置、通風口位置、風險風速和障礙物間的關系，掌握燃氣管道泄漏擴散規律。

3 燃氣管道泄漏事故處置方法

燃氣管道泄漏事故處置過程中，工作團隊要調整思路，在準確把握燃氣管道泄漏原因和燃氣管道泄漏擴散影響因素的前提下，遵循技術規律，創新燃氣管道泄漏事故處置方法，構建起體系化、高效化、科學化的燃氣管道泄漏事故處置體系。

3.1 加強燃氣管道施工管理

在進行燃氣管道泄漏事故的處理過程中，為保證處理水平，要充分吸收過往經驗，結合燃氣管道泄漏影響因素，有針對性地進行管道布局、材料管控等活動有序開展。具體來看，工作團隊嚴格按照技術規范和施工參數，調整施工內容，進行燃氣管道、附屬設施有效布局。具體來看，在燃氣管道泄漏問題處理環節，針對氣源廠、加壓設備、輸送管道、調壓設備、戶內設施等燃氣運輸核心設備要有目的、有計劃地調整設備參數，完善燃氣管道施工技術體系，確保燃氣管道施工活動高質量開展。例如，對于燃氣輸送管道，要結合技術規范，對輸送管道基礎參數做好審核把關，避免輸送管道質量不達標影響后續管道施工活動開展。

3.2 完善燃氣管道管理機制

燃氣管道泄漏擴散事故處理環節，燃氣企業要加大資金投入，抽調人員參與任期管道安全管理隊伍，設定管理制度，組織開展系列宣傳活動，形成完整的燃氣管道安全管理體系。例如燃氣企業定期開展專業培訓，增強工作人員的職業素養與專業能力，確保其可以順利完成燃氣管道泄漏事故處置任務。加大燃氣管道宣傳力度，通過更為多元、更為立體的方式，引導燃氣用戶形成正確的燃氣使用意識和使用習慣。

4 燃氣管道泄漏事故處置要點

燃氣管道泄漏事故處置環節，考慮到事故處理的特殊性，應當總結經驗，通過技術管理、制度完善和人員培訓等活動高質量開展，穩步增強燃氣管道泄漏事故處置方法的可行性，減少潛在的安全事故，保證燃氣管道運輸工作順利開展。燃氣管道泄漏事故處置過程中，要充分運用燃氣管道泄漏擴散模型，科學估算燃氣管道泄漏擴散范圍、擴散危險等級，結合實際情況，設定事故處理方案，避免事故處理不當，降低燃氣施工風險，增強燃氣風險處置效能。

5 結束語

燃氣管道在運行中存在各類因素影響，出現泄漏和泄漏擴散的概率較高，對經濟生產和公共安全產生了消極作用。應從多個維度出發，在梳理燃氣管道泄漏原因和泄漏擴散因素的前提下，制定相應方法舉措，科學防范潛在安全風險，保證燃氣運輸活動高質量開展。