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天然氣管道泄漏事故后果量化評價分析

作者：吳峰 王銳　　
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摘要：針對天然氣管道泄漏后，可燃氣云形成的爆轟、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，結合算例進行了分析計算。
關鍵詞：天然氣管道；泄漏；事故后果；爆轟；火球熱輻射
?? 當天然氣管道發生爆裂時，泄漏的天然氣與空氣混合形成可燃氣云，當氣云達到爆炸極限時，若遇火源易發生爆炸。在可燃氣云發生燃燒、爆炸時，約10%的天然氣發生爆轟，并產生沖擊波；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行定量分析時，應分析可燃氣云分別產生爆轟、火球熱輻射的事故后果[1～2]。許多研究機構及燃氣公司對燃氣泄漏的檢測、搶修、控制方法進行了研究[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生爆轟、火球熱輻射，對天然氣管道泄漏事故后果進行量化評價分析。

1 量化評價分析
1.1 爆轟
???① 等效TNT質量
為了計算方便，可把發生爆轟的天然氣質量按?式中能量等效的原理換算成TNT的質量進行近似處理。在計算出等效TNT質量后，則可以按常用的TNT標準爆源爆炸后的計算式求解爆轟場內各點的沖擊波超壓，并據此評估對目標的傷害程度[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。由于爆轟的危害遠大于混合燃燒，根據危害最大化原則，取TNT收率為10%對爆轟危害進行評價。
等效TNT質量mTNT的計算式為：
?
式中mTNT——等效TNT質量，kg
??? Qd——可燃氣云爆轟時釋放的總能量，kJ
??? QTNT——TNT標準爆源的爆熱值，kJ/kg，取4500kJ/kg
??? md——發生爆轟的天然氣質量，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——天然氣泄漏質量，kg
??? qm,f——天然氣泄漏質量流量，kg/s
??? f——天然氣泄漏持續時間，s
???② 沖擊波超壓
???對于質量為mTNT的TNT標準爆源，在地面發生爆炸時，爆轟場沖擊波超壓的計算式為[2,12]：
?
式中△p——沖擊波超壓，MPa
Rd——爆轟破壞半徑，m
沖擊波超壓準則認為，接受體是否被破壞完全取決于沖擊波超壓，當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，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]

?

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
內臟嚴重損傷或死亡
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算式。
?
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