高压天然气管道泄漏爆炸后危害分析.pdf

第 4 3卷第 7期 2 0 1 4年 7月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 3．N 0 ． 7 J u l y ，2 0 1 4 高压天然气管道泄漏爆炸后危害分析 骆洪森 ，王为民 ，张 月 ，陈 印 ，武 旭 。 1 中国民航lT程咨询公司， 北京 1 0 0 6 2 1 ； 2 ．辽宁石油化 L 大学 石油天然气1 一 程学院， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 ； 3 中国石油大学 北京 ， 北京 1 0 2 2 4 9 摘 要 高压天然气管道泄漏可能导致很多严重后果，火灾爆炸给周围的人员和建筑物造成重大的伤害 和破坏 。所以 ，对其爆炸危害进行研究分析具有重要现实意义 。介绍了天然气管道爆炸后的主要危害形式和后 果评价分析，并简单介绍了爆炸事故发生特点和爆炸的相关理论。 关键词高压；天然气管道；爆炸；危害 中图分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 - 0 4 6 0 2 0 1 40 7 1 3 3 0 0 3 Le a ka ge Ex pl o s i o n Ha z a r d Ana l y s i s o f Hi g h Pr e s s ur e Na t ur a l Ga s Pi pe l i ne s LUO Ho n g s e n ，WANG We i mi n ， Z HANG Y ue ， CHEN Y i n ，W UXu 1 ． C i v i l A v i a t i o n E n g i n e e r i n g C o n s u l t i n g C o mp a n y o f C h i n a ， B e i j i n g 1 0 0 6 2 1 ， C h i n a 2 ． Co l l e g e o f P e t r o l e u m a n d Na t u r a l Ga s E n g i n e e r i n g ， Li a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y , Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， Ch i n a ； 3 ． C h i n a P e t r o l e u m U n i v e r s i t y B e i j i n g ， B e i j i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a Abs t r ac t The l e a k a ge o f h i g h pr e s s ur e n a t ur al g a s pi pe l i n e s c a n l e a d t o m a ny s e r i o us c o ns e q ue nc e s ，fir e a n d e x p l o s i o n c a u s e s i g n i fic a n t d a ma g e a n d d e s t r u c t i o n t o p e o p l e a n d b u i l d i n g s ． S o s tu d y o n i t s e x p l o s i o n h a z a r d a n a l y s i s h a s i mp o r t a n t p r a c t i c a l s i g n i fic a n c e ． I n t h i s p a p e r ， ma i n l y t h e ma i n d a ma g e f o r m a n d c o n s e q u e n c e a s s e s s me n t a n a l y s i s of na t ur a l ga s pi p el i ne e xpl os i o n we r e i n t r o du c e d，a n d t h e e x pl o s i o n a c c i de n t c ha r a c t e r i s t i cs we r e s i mpl y d i s c us s e d a s we l l a s r e l a t e d t h e o r i e s ． Ke y wo r d s Hi g h p r e s s u r e ； Na t u r a l g a s p i p e l i n e ； E x p l o s i o n ； Ha r m 天然气是一种无味无色无毒的气体 ，成分中约 9 5 ％以上是甲烷 ，同时含有较少量的乙烷 、丙烷 、 丁烷等烷烃 。天然气 的爆炸极 限仅为 5 ％～ 1 5 ％，相 对来说很低 。天然气如果泄漏 ，就会立 即与空气接 触 ，形成爆炸性混合气体 。若遇到火源，明火就可 能发生火灾爆炸事故 ，从而对周围设备和建筑物造 成破坏 ，甚至会造成人员伤亡⋯ 。高压天然气管道 泄漏时，由于压力很大，泄漏速度快，泄漏率大， 所 以产生的破坏力很大 。因此 ，对高压天然气管道 泄漏事故危害范围评价分析研究 ，对于风险管理和 输气管线定量风险后果评价具有重要意义 ，并为天 然气管道的安全运行和应急预案提供重大依据 。 比较多，例如纵向焊缝缺陷、脆性断裂等。同时 ， 设计因素 、建筑条件 ，维护技术和周边环境状况可 以影响高压天然气管道失效频率 。在役时间可以决 定一些管道失效 ，例如 ，疲劳破坏 ，腐蚀破坏一般 受在役时间影响 ；地震 ，超压 ，第三方机械干扰不 受管道在役时间的影响。第三方机械干扰有时会使 管道立即失效 ，有时会使管道经过一段时间后发生 疲劳损坏 ，二者后果影响都 比较严重。根据调查统 计 ，过去有些严重的管道断裂事故就是 由于这种原 因导致的。管道失效泄漏后 ，高压气体不断泄漏 出 来 ，与空气立 即混合 ，遇到点火源就会发生火灾爆 炸 1 高压天然气管道事故发生特点 2 爆炸的基本理论 高压天然气管道在运行过程中会受到内部和外 部大的腐蚀 、 应力腐蚀裂纹 、 机械破坏 、 加工缺陷 、 外力、 结构缺陷、自然灾害等多种因素的影响，从 而产生管道断裂或穿孔。 危险区域一般由燃烧时间， 失效方式 ，发生爆炸事故地点的环境条件 、气象条 件来决定。对于高压天然气管道来说 ，其失效方式 2 。 1 爆炸及其特征 爆炸是指物质从一种状态 ，经过物理变化或化学 变化 ， 突然变成另一种状态， 并释放出巨大的能量 ， 同时产生光和热或机械功。 通常爆炸表现有以下特征 1 爆炸的内部特征 在有限的体积 内，大 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 1 6 作者简介 骆洪森 1 9 6 8 一 ，男，辽宁沈阳人 ，高级工程师，1 9 9 3年毕业于抚顺石油学院石油储存与运输专业，从事供油工程规划设计技术工 作 E -ma i ] I h s 5 3 9 I 6 3 ． C O M 第 4 3卷第 7期 骆洪森 ，等 高压天然 气管道泄漏爆炸后危害分析 1 3 3 I 量气体和能量突发释放或急剧转化。同时，在有限 式。热辐射的伤害准则有热通量准则 、热剂量准则 体积和极短时间内积聚 ，其邻近介质会由于造成的 和热通量一 时间准则 。冲击波的伤害准则有超压准 高温高热等非寻常状态而形成急剧的压力突跃和随 则 、冲量准则 、超压一 冲量准则。伤害形式为热辐 后 的复杂运动 ，并且显示出不寻常的移动或机械破 射的是喷射火和火球 ，对于喷射火 的热辐射伤害来 坏效应 。 说 ，假设其为稳定火灾 ，则可以采用热通量准则 ； 2 爆炸的外部特征 爆炸可以以一定的方 对于火球的热辐射伤害，假设其为瞬时火灾，则可 式使能量转变为原物质或产物的压缩能 ，然后物质 以采用热通量一 时间准则 ；蒸气云爆炸的伤害形式 由压缩态膨胀，在膨胀过程中作机械功，从而引起 为冲击波， 爆炸冲击波超压危害最大，破坏作用最 附近介质的变形 、移动和破坏。同时由于介质受振 强 ，影响范围比较广 。对于蒸气云爆炸 ，可采用超 动而会发出一定的声响 。 压一 冲量准则。由于热辐射和冲击波的伤害机理不 2 ． 2 爆炸的分类 一样 ，所 以很难直接将二者进行比较 ，为了便捷 比 1 按爆炸的性质分类 物理爆炸 ，化学爆 较 ，通常使用 5 0 ％致死率作为统一基准 炸 ，核爆炸。 3 ． 3 火灾爆炸后果评价分析 化学爆炸按爆炸时物质的化学变化又可分为简 3 ． 3 ． 1 冲击波压力的爆炸效应评估 单分解爆炸、复杂分解爆炸和爆炸性混合物的爆炸 冲击波是一种压缩波，它的传播形式是在弹性 三类 。同时按照物质的类型 ，又可分为受限空间内 介质中，波阵面 以突跃面的形式传播 ，其介质状态 可燃气体爆炸、开放空间的气体蒸气云爆炸以及不 参数在波阵面上以突跃式变化。对于天然气爆炸过 稳定气体或固体的爆炸等，作为重大爆炸事故后果 程而言，冲击波的破 作用主要是由超压导致的 。 分析 ，最重要 的是可燃性气体泄漏后导致的开放空 当计算 出爆炸的冲击波压力后 ，就可以直接评价其 问蒸气云爆炸 。 爆炸效应。冲击波压力除了对建筑物的造成破坏之 2 按事故爆炸过程类型分类 着火型爆炸 ， 外 ，还会直接对超压波及其范围内的人身安全造成 泄漏型爆炸，自然型爆炸，反应失控型爆炸，传热 很大的威胁 。以下分别是冲击波压力对人体造成 型蒸气爆炸平衡破坏型蒸气爆炸。 的伤害情况 以及对周围设备及建筑物造成的破坏效 3 按爆炸反应相分类 气相爆炸 ，液相爆 应 ，分别见表 1 和表 2 。 炸 ，固相爆炸。 3 ． 3 ． 2 热辐射对人员伤害的定量评价方法 4 按爆炸速度分类 爆燃，爆炸，爆轰。 热辐射持续的时间、热辐射强度 、 人的性别、 2 ． 3 爆炸发生的条件 年龄、身体健康状况、皮肤暴露程度等都可以成为 1 物理爆炸发生的条件构成爆炸的体系 热辐射对人员伤害的影响因素。为了很方便估计爆 内存有高压气体或在爆炸瞬间生成 的高温高压气体 炸危害后果 ，我们可 以依据伤害的程度将危害后果 或蒸气的急骤膨胀，爆炸体系和它周围的介质之间 分为死亡区、重伤区、轻伤区、安全区四个危害区 发生急剧的压力突变 。锅炉爆炸 ，压力容器爆炸 ， 域 。 水的大量急剧气化等均属于此类爆炸 。 2 化学爆炸发生的条件 反应过程的高速 度 ，反应过程的放热性 ，变化过程应能产生大量气 体产物 。 3 泄露爆炸危害分析 3 ． 1 主要危害形式 高压天然气管道内泄漏 的易燃 、易爆气体可能 产生不同的失效后果。 发生泄漏时， 根据点燃时间、 当地环境条件 、气象条件以及阻止泄漏等因素可将 危害形式分为喷射火 、火球 、蒸气云爆炸和安全扩 散。 3 ． 2爆炸伤害准则 爆炸的伤害形式主要有热辐射和冲击波两种形 根据风险评价原理 ，定量评价可采用下面的步 骤进行 1 计算任惹 一点的热辐射强度。 2 计算热辐射 的伤害半径 3 计算作用长度。 4 计算风险值 3 _ 3 ． 3 爆炸冲击波对人员伤害的定量评价方法 1 T N T当量法 用 T N T当量来表示参与爆 炸并对形成冲击波有实际贡献 的一定百分比的蒸气 云的爆炸威力。用这种方法可 以估算出泄漏爆炸后 伤害程度的死亡区半；陉， 重伤区半径和轻伤区半径 。 2 T N O多能法 T N O多能法是 目 前模拟预 测蒸气云爆炸常用的 疗法 ， 它假设蒸气云为半球型， 在其 中心处点火 ，火焰已恒定速度传播 ，然后计算 『 艺 工 2 0 1 4年 7月 不同燃烧速度下的蒸气云爆炸 ，通常采用数值方法 计算 ，能够获得一组爆炸强度曲线。该方法经众多 实验及数据修正和验证 ，与事实 比较接近 ’ 表 1 冲击波压力对人员伤害情况 T a b l e 1 T h e i n j u r i e s o f s h o c k wa v e p r e s s u r e t o p e o p l e 冲击波压力／ M P a 人员伤害情况 大于 0 ． 1 大部分人员会死亡 0 ．O 5 0 ． 1 人体的内脏严重损伤获死亡 0 ．0 4～ 0 ． O 5 人的听觉器官受到损伤获产生骨折 0 ．0 2～ O ． O 3 人体轻微损伤 小于0 ． 0 2 人是安全的 表 2 冲击波压力与周 围建筑物 的破坏效应 Tabl e 2 The s ho c k wa ve pr e s s ur e and t he damag e e f f e c t s o f t h e s ur r ound i ng bui l di ng 冲击波压力／ k g f c m。 冲击波的破坏效应 0 ．0 0 2 某些大的椭网形玻璃窗破裂 0 ．0 0 3 产生喷气式飞机的冲击音 0 ．0 0 7 某些小的椭圆形玻璃窗破裂 O ．0 1 窗玻璃全部破裂 O ．O 2 有冲击碎片飞出 0 ．0 3 居民住房轻微损坏 0 ．O 5 窗户外框损坏 0 ．0 6 层基受到损害 0 ．0 8 树木折枝 、房屋需修理才能居住 0 ． 1 0 承重墙破坏 、层基向 } 错动 0 ． 1 5 层基破坏 、3 0 ％的树木1 顷 倒 、 动物耳膜破坏 O ．2 0 9 0 ％的树木倾倒 、钢筋混凝土柱扭曲 0 _ 3 0 油罐开裂 、钢柱倒塌、木柱折断 0 ．5 0 货车倾覆 、墙大裂缝、屋瓦掉下 0 ．7 0 砖墙全部破坏 1 ．o o 油罐压坏 、房屋倒塌 2 o 0 大型钢架结构破坏 注 表中 1 k g f ／ e m 9 8 k P a 3 A P I p u b 5 8 1 定量后果评价模型采用美 国石油协会标准 A P I p u b 5 8 1 f 基于风险检测的基本 源文件 中定量后果评价模型， 对天然气管道泄漏爆 炸后果危害范 围进行评价。 4 结 语 高压天然气管道泄漏危害后果的确定是风险评 价的基础 ，国内外对确定天然气管道泄漏危害区域 的研究较多。各类文献对于天然气管道泄漏爆炸 的 危害形式 ，火灾爆炸的后果分析，后果评价方法都 有深入研究。更多的了解爆炸后的危害形式 ，利用 适当有效 的定量评价方法 ，可以减少甚至预防火灾 爆炸后产生的人员伤亡和国民经济损失 ，对石油天 然气储存 的安全和维护方面起到了重大作用 。 参考文献 [1 ]徐志胜． 城市天然气管道泄漏 的危害分析『 J 1 l _ 】 业 安全 与环保 ， 2 0 0 6 ， 3 2 9 4 7 - 4 8 ． [ 2 ] 付小芳． 高压天然气管道危险区域分析l J I． 油气储运， 2 0 1 0 ， 2 9 2 1 2 7 一l 2 9 【 3 ]魏绪玲．延迟焦化冷焦水密闭处理方法研究[ D 】 ． 东营中圄石油大 学 东营 ，2 0 0 8 ． [ 4] 梁瑞．天然气管道泄漏爆炸后果评价模型对比分析[ J 】 - 中国安全科 学学报，2 0 0 7 ， 1 7 8 1 3 2 1 3 5 ． [ 5] 冯文兴高压天然气管道泄漏燃烧爆炸后果【 J j _油气储运 ，2 0 1 0 ， 2 9 1 2 9 0 3 -9 0 4 ． [ 6] 张围军．天然气管道泄漏爆炸事故风险分析【 J J ． 辽宁石油化 T大学 学报 ，2 0 1 2 ， 3 2 3 6 7 6 9 ． [ 7 ]郝建斌 ．燃烧与爆炸学[ M] ． 北京 中国石化出版社 ，2 0 1 2 0 9 ． [ 8] 蒋宏业．城市天然气管道泄漏区域危害程度分析l J 1 ．油气田地面工 程，2 0 0 6 ， 2 7 4 3 8 3 9 [ 9 ]黄斌． L P G储罐的蒸气云爆炸后果模拟『 J 1 ． 石油化一 I 安全环保技术， 2 0 0 9 ． 2 5 1 1 2 6 2 8 ． 计算机测配色提高印染打样效率 计算机测色配色系统由软件系统和硬件系统两部分组成，其中，软件系统为测色配色系统软件，采用库贝尔卡一 芒克 K u b e l k a Mu n k 理论为光学理论基础 ，能够修正单一织物和混纺织物的配色，建立和管理颜色配方库，控制生产质量，并能 够智能校正配方以补偿拼色配方染料间的相互作用。硬件系统为分光光度测色仪，其基本组成是光源、分离单色光器和光电 检测器 。 测配色T作原理是光源所发射的白光照射在样品上， 其反射光被三棱镜或绕射光栅分离后计算成各种波长的反射率，电 脑配色系统以此反射率来计算色值或三度色彩空间的坐标 ，进而运算。 在这过程中，首先要建立染料的定标着色基础数据库 ，设定配方预测的色度环境参数 ， 配色及同色异谱评价光源 、光 谱范围与波长间隔、C I E标准色度系统 、染色工艺、染料组合模式以及染料配方色差容限等1 ，然后测量标准色样，对染料 配方进行预测计算，得出初步配方后要进行小样试染 ， 最后进行配方修正 ， 使色差达到最小。一般运用计算机测色配色系统 所得到的配方只需 1 2次修正，就可达到要求。 制作配方文件 每种底基布要从生产中的待染布上取材， 其中一部分经直接测定后， 将数据存入电脑，另一部分用于制作基础试样。材 质相同而组织结构不同的织物、 组织结构相同而前处理不同的织物等 ， 均应视为不同种类而分别测定。制作基础试样的染料 品种应尽可能多一些 ， 这样在配色时可从不同色相的多种染料中得到符合要求的数种配方 ， 选择余地较大 ， 从而可得到满意 的效果。为确保配色准确性 ，当改用不同批号的染料后，应做染料力分试验。每一种染料要染成 8个不同浓度 对织物重 的 基础试样。染色浓度的范围及浓度的档次划分要根据实际情况而定。