天然气管道泄漏事故后果量化评价分析
摘要:针对天然气管道泄漏后，可燃气云形成的爆轰、火球热辐射事故，量化了两种事故对人体造成的伤害及危害半径，结合算例进行了分析计算。关键词:天然气管道;泄漏;事故后果;爆轰;火球热辐射?? 当天然气管道发生爆裂时，泄漏的天然气与空气混合形成可燃气云，当气云达到爆炸极限时，若遇火源易发生爆炸。在可燃气云发生燃烧、爆炸时，约10%的天然气发生爆轰，并产生冲击波;约90%的天然气燃烧形成火球热辐射。因此，在对天然气管道泄漏事故进行定量分析时，应分析可燃气云分别产生爆轰、火球热辐射的事故后果[1~2]。许多研究机构及燃气公司对燃气泄漏的检测、抢修、控制方法进行了研究[3~11]。本文针对天然气管道泄漏事故，综合考虑天然气泄漏后可能发生爆轰、火球热辐射，对天然气管道泄漏事故后果进行量化评价分析。
1量化评价分析
1.1爆轰
???① 等效TNT质量
为了计算方便，可把发生爆轰的天然气质量按?式中能量等效的原理换算成TNT的质量进行近似处理。在计算出等效TNT质量后，则可以按常用的TNT标准爆源爆炸后的计算式求解爆轰场内各点的冲击波超压，并据此评估对目标的伤害程度[12~14]。通常把参加爆轰的天然气体积占泄漏天然气总体积的比例称为TNT收率。由于爆轰的危害远大于混合燃烧，根据危害最大化原则，取TNT收率为10%对爆轰危害进行评价。
等效TNT质量m TNT的计算式为:
?
式中m TNT--等效TNT质量，kg
??? Q d--可燃气云爆轰时释放的总能量，kJ
??? Q TNT--TNT标准爆源的爆热值，kJ/kg，取4500kJ/kg
??? m d--发生爆轰的天然气质量，kg
??? Q e--天然气的爆炸热，kJ/kg，可取甲烷的燃烧热，取5.56×10 4 kJ/kg
??? η--TNT收率，取0.1
??? m--天然气泄漏质量，kg
??? q m,f--天然气泄漏质量流量，kg/s
??? f--天然气泄漏持续时间，s
???② 冲击波超压
???对于质量为m TNT的TNT标准爆源，在地面发生爆炸时，爆轰场冲击波超压的计算式为[2,12]:
?
式中△p--冲击波超压，MPa
R d--爆轰破坏半径，m
冲击波超压准则认为，接受体是否被破坏完全取决于冲击波超压，当接受体接受的冲击波超压超过接受体自身能够承受的临界超压时，即被破坏。冲击波超压对人体的伤害程度见表1[13]。
表1 冲击波超压对人体的伤害程度[13]
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将表1中的冲击波超压代入式(5)，可得到不同冲击波超压下的爆轰破坏半径计算式。
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1.2火球热辐射
???火灾发生时热辐射对目标损伤的判定准则有3种:热辐射剂量准则、热辐射强度准则、热剂量-热强度准则。由于90%的天然气燃烧形成的火球热辐射可以认为是瞬态燃烧，因此采用热辐射剂量准则[6]。对处于火球内部的目标，显然将被热辐射伤害，而对于火球以外的目标，其伤害程度可以根据目标所接受的火球入射热辐射剂量判定[14]。
火球入射热辐射剂量q r的计算式为:
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式中q r--火球入射热辐射剂量，kJ/m 2
??? Q r--火球总热辐射量，kJ
??? εr--热辐射率系数，取1.0
??? R r--火球热辐射半径，m
火球入射热辐射剂量对人体的伤害程度见表2[15]。
表2 火球入射热辐射剂量对人体的伤害程度[15]
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