天然氣管道泄漏事故后果量化評(píng)價(jià)分析
作者：吳峰 王銳
評(píng)論： 更新日期：2012年08月06日
摘要：針對天然氣管道泄漏后，可燃?xì)庠菩纬傻谋Z、火球熱輻射事故，量化了兩種事故對人體造成的傷害及危害半徑，結(jié)合算例進(jìn)行了分析計(jì)算。
關(guān)鍵詞：天然氣管道；泄漏；事故后果；爆轟；火球熱輻射
?? 當(dāng)天然氣管道發(fā)生爆裂時(shí)，泄漏的天然氣與空氣混合形成可燃?xì)庠疲?dāng)氣云達(dá)到爆炸極限時(shí)，若遇火源易發(fā)生爆炸。在可燃?xì)庠瓢l(fā)生燃燒、爆炸時(shí)，約10%的天然氣發(fā)生爆轟，并產(chǎn)生沖擊波；約90%的天然氣燃燒形成火球熱輻射。因此，在對天然氣管道泄漏事故進(jìn)行定量分析時(shí)，應(yīng)分析可燃?xì)庠品謩e產(chǎn)生爆轟、火球熱輻射的事故后果[1～2]。許多研究機(jī)構(gòu)及燃?xì)夤緦θ細(xì)庑孤┑臋z測、搶修、控制方法進(jìn)行了研究[3～11]。本文針對天然氣管道泄漏事故，綜合考慮天然氣泄漏后可能發(fā)生爆轟、火球熱輻射，對天然氣管道泄漏事故后果進(jìn)行量化評(píng)價(jià)分析。
1 量化評(píng)價(jià)分析
1.1 爆轟
???① 等效TNT質(zhì)量
為了計(jì)算方便，可把發(fā)生爆轟的天然氣質(zhì)量按?式中能量等效的原理換算成TNT的質(zhì)量進(jìn)行近似處理。在計(jì)算出等效TNT質(zhì)量后，則可以按常用的TNT標(biāo)準(zhǔn)爆源爆炸后的計(jì)算式求解爆轟場內(nèi)各點(diǎn)的沖擊波超壓，并據(jù)此評(píng)估對目標(biāo)的傷害程度[12～14]。通常把參加爆轟的天然氣體積占泄漏天然氣總體積的比例稱為TNT收率。由于爆轟的危害遠(yuǎn)大于混合燃燒，根據(jù)危害最大化原則，取TNT收率為10%對爆轟危害進(jìn)行評(píng)價(jià)。
等效TNT質(zhì)量mTNT的計(jì)算式為：
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式中mTNT——等效TNT質(zhì)量，kg
??? Qd——可燃?xì)庠票Z時(shí)釋放的總能量，kJ
??? QTNT——TNT標(biāo)準(zhǔn)爆源的爆熱值，kJ/kg，取4500kJ/kg
??? md——發(fā)生爆轟的天然氣質(zhì)量，kg
??? Qe——天然氣的爆炸熱，kJ/kg，可取甲烷的燃燒熱，取5.56×104kJ/kg
??? η——TNT收率，取0.1
??? m——天然氣泄漏質(zhì)量，kg
??? qm,f——天然氣泄漏質(zhì)量流量，kg/s
??? f——天然氣泄漏持續(xù)時(shí)間，s
???② 沖擊波超壓
???對于質(zhì)量為mTNT的TNT標(biāo)準(zhǔn)爆源，在地面發(fā)生爆炸時(shí)，爆轟場沖擊波超壓的計(jì)算式為[2,12]：
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式中△p——沖擊波超壓，MPa
Rd——爆轟破壞半徑，m
沖擊波超壓準(zhǔn)則認(rèn)為，接受體是否被破壞完全取決于沖擊波超壓，當(dāng)接受體接受的沖擊波超壓超過接受體自身能夠承受的臨界超壓時(shí)，即被破壞。沖擊波超壓對人體的傷害程度見表1[13]。
表1 沖擊波超壓對人體的傷害程度[13]
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沖擊波超壓/MPa | 對人體的傷害程度 |
1.O0 | 大部分人員死亡 |
0.75 | 內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡 |
0.40 | 聽覺器官損傷或骨折 |
0.25 | 輕微損傷 |
將表1中的沖擊波超壓代入式(5)，可得到不同沖擊波超壓下的爆轟破壞半徑計(jì)算式。
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