摘要：分析了導致天然氣調壓站泄漏造成火災、爆炸的危險因素，遵循安全評價中事故最大化原則，以蒸氣云爆炸為模型，對天然氣泄漏火災、爆炸的災害后果進行了定量分析。在泄漏面積為1mm²的情況下，即使泄漏持續(xù)5min，四級損傷半徑會達到6.62m。在工程的設計、施工及運行管理階段要制定有針對性的安全措施并嚴格執(zhí)行。

關鍵詞：調壓站；泄漏；火災；爆炸；安全評價
??? 調壓站是天然氣輸配系統(tǒng)的重要組成部分，其安全運營是天然氣穩(wěn)定供應的重要保證。由于調壓站內設備繁雜，且天然氣運行壓力較高，一旦燃氣發(fā)生泄漏，易造成火災、爆炸或中毒等事故^[1、2]。本文對天然氣調壓站存在的安全問題進行分析，提出有效的防范措施，消除安全隱患，從而確保城市燃氣安全、平穩(wěn)供應。

???天然氣是易燃易爆的物質，屬于甲類火災危險性物質^[3]。天然氣泄漏后，極易擴散到空氣中，形成蒸氣云，遇火源或高溫熱源極易發(fā)生爆炸。此外，天然氣為烴類混合物，雖然毒性較低，但長期接觸也可出現(xiàn)神經(jīng)衰弱綜合癥，危害人體健康。

???調壓器是調壓站的主要設備，其功能是根據(jù)燃氣的需要情況將燃氣調至不同壓力，實現(xiàn)穩(wěn)定輸送^[4]。由于設備及管道材質的問題、施工不當、運行管理不到位等原因，均會造成燃氣泄漏，引起火災、爆炸等安全事故^[5～7]。

???① 設備及管道材質問題

???調壓器的工作壓力較高，要求設備和管道的材質滿足強度要求。在設計及選型過程中，如果對設備和管道規(guī)格、材質要求不合理，必將對后繼過程產生嚴重影響，造成安全隱患。

???② 施工質量問題

???施工質量不僅與系統(tǒng)的使用壽命、經(jīng)濟效益緊密相關，而且關系到系統(tǒng)的運行安全。施工質量的影響因素主要有施工現(xiàn)場管道焊接質量不合格、設備安裝存在缺陷。

??? ③ 運行管理問題

??? a. 設備超壓

??? 為保證調壓器穩(wěn)定運行，必須時刻監(jiān)測調壓設備進出口燃氣壓力，一旦出現(xiàn)超壓情況，不僅會損害調壓器，甚至會危及站區(qū)和管網(wǎng)的運行安全。調壓設備超壓受以下幾個方面影響：上游來氣壓力升高，進口壓力表出現(xiàn)故障而未能及時顯示；調壓器運行過程中安全閥失效，致使超壓燃氣無法放散；運行過程中人員操作失誤等。超壓爆炸雖然屬于物理爆炸，但爆炸后引起的燃氣泄漏極易引發(fā)后繼的火災、爆炸。

??? b. 天然氣泄漏與爆炸

??? 設備、管道被腐蝕，密封件失效，儀器、儀表故障，人為誤操作，外界干擾等均是造成燃氣泄漏的因素。泄漏燃氣遇到站區(qū)內火源如施工動火、雷電、靜電火花等，易被引燃，發(fā)生爆炸。

??? 通過對危險有害源辨識可知，由天然氣泄漏導致的火災、爆炸事故是影響面最廣、發(fā)展最迅速、后果最嚴重的燃氣事故之一。

??? 天然氣爆炸事故大多是由天然氣泄漏后遇到點火源而形成。事故引起損失的大小與天然氣的泄漏量和泄漏點附近的人員、財物分布有關。

??? 燃氣泄漏后造成的最不利后果是形成蒸氣云爆炸。本文遵循事故最大化原則，對天然氣爆炸事故進行模擬并對后果進行評價。

???蒸氣云爆炸(Vapor Cloud Explosion，VCE)是由于氣體或易于揮發(fā)的液體燃料的大量快速泄漏，與周圍空氣混合形成覆蓋范圍很大的“預混云”，在某一有限空間遇點火源而導致的爆炸。導致蒸氣云爆炸必須具備可燃氣體泄漏并與周圍空氣預混、延遲點火、有限空間等條件。

??? 造成天然氣泄漏的原因有多種，如閥門、法蘭密封件失效，管道、儲罐腐蝕及疲勞失效，燃氣超壓外溢等。考慮燃氣泄漏的最不利條件，進行天然氣泄漏量計算，先作以下幾點假設：泄漏面積為1.0mm²圓形孔洞；泄漏時管道內絕對壓力為1.7MPa；大氣絕對壓力為101.325kPa；溫度為25℃；從開始泄漏到發(fā)生爆炸的時間分別為5min、10min、30min、1h、6h、12h。

???① 天然氣泄漏時流動狀態(tài)判斷

滿足式(1)時，流動屬于音速流。

?

式中p₀——大氣絕對壓力，Pa

??? p——管道內天然氣絕對壓力，Pa

??? κ——天然氣等熵指數(shù)，取1.316

滿足式(2)時，流動屬于亞音速流。

?

經(jīng)濟算得：

?

??? 根據(jù)式(1)，氣體泄漏屬于音速流。

??? ② 天然氣泄漏量計算

音速流的泄漏量可采用下式計算^[8]：

?

式中q_m——天然氣泄漏質量流量，kg/s

??? C_dg——氣體泄漏系數(shù)，圓形裂口取1

??? A——裂口面積，mm²

??? M——天然氣摩爾質量，kg/mol，取0.016kg/mol

??? R——摩爾氣體常數(shù)，J/(mol·K)，取8.314J/(mol·K)

??? T——天然氣溫度，K，取298K

??? m=q_mt??? (4)

式中m——t時間內天然氣泄漏量，kg

??? f——天然氣泄漏持續(xù)時間，s