含硫天然气管道中毒潜在影响半径计算方法

发布时间：2019-08-19 16:20

【摘要】：含硫天然气的泄漏会造成人员中毒,严重威胁管道附近人员的生命安全,ASME标准中推荐的潜在影响半径计算模型不适用于含硫天然气管道。常用气体扩散模型忽略泄漏气体的喷射作用导致中毒影响半径计算结果过于保守,因此首先分析含硫天然气管道泄漏特点,考虑泄漏气体喷射高度和泄漏速率的变化对硫化氢地面体积分数的影响,基于天然气泄漏扩散规律建立了不同时刻烟团和烟羽体积分数叠加表征的硫化氢中毒潜在影响半径R计算模型。考虑截断阀紧急关闭影响,按照30 s时间提出了泄漏速率分段计算依据,并合理确定了瞬时泄漏气团质量Q、连续性泄漏源强q、扩散参数以及泄漏气团中心高度H等基本参数。针对不同压力、管径、硫化氢体积分数条件,进行了中毒影响半径、热辐射潜在影响半径及忽略喷射高度的影响半径对比分析,合理提出了按照中毒潜在影响半径确定含硫天然气管道潜在影响半径的计算方法。
【图文】：

曲线,管道泄漏,速率,曲线

鹊燃段r菔盿=0.527，b=0.865，c=0.28，d=0.9。2.2气团中心高度的取值气团从管道中泄漏出后首先快速上升，在巨大阻力条件下，垂直方向速度迅速衰减，气团在很短时间内上升到稳定高度。泄漏气体喷射高度由射流作用产生的位移z1和膨胀作用产生的位移z2两部分组成，z1和z2可由式(7)计算［11］。z1=12.4u0dti醕z2=33u0d2ρbti醕{2(7)式中u0为泄漏气体在孔口处的速度，m/s;d为孔口直径，m;tc为气团中心高度稳定时间，s;ρb为泄漏气体初始密度，图1不同管道泄漏速率随时间变化曲线Fig．1Variationofreleaseratevs．distanceofdifferentpipelinekg/m3;根据式(7)对不同管道条件下，管道泄漏的喷射高度进行计算，计算结果见表1。从表1可以看出，管径越大，运行压力越高，发生泄漏后的喷射高度越大。在计算含硫天然气管道的中毒潜在影响半径时，可按照表1提供的数据，根据不同管道条件选择对应喷射高度代入模型。2.3扩散源强的计算由于泄漏方式的不同，对于瞬时泄漏阶段和连续性泄漏阶段的源强应分别计算。瞬时泄漏气团的总质量应等于30s内管道泄漏的气体总质量Q30，将Q30用管道内气体总质量QP表示为Q30=αQP(8)式中Q30为管道在30s内泄漏出的气体质量，kg;QP为管道内气体总质量，kg。将泄漏过程分为100个时间段，根据管道初始泄漏速率，运用气体状态方程计算各时间段对应的泄漏速率，以此类推可依次计算出各时间段内所泄漏的气体量。α等于Q30和QP的比值，计算结果见表2。从表2可以看出，α与管道运行压力关系不大，但随着管径的变小会明显减校在计算泄漏气团的质量时，可以根据管道条件在表2中选择α的取值。运用气?

质量浓度,管道,潜在影响,含硫天然气

－0.2H2t－2+56.32pD2t－1.765e－1.79H2t－1.8{Ｒ=ut(11)式中t为扩散时间，s;φ0为天然气质量浓度阈值，kg/m3;Ｒ为含硫天然气管道潜在影响半径;u为风速，m/s。应用该模型时首先计算不同时刻点P(ut，0，0)的天然气质量浓度阈值，确定P点天然气体积分数降低至阈值对应的时间t，并用风速u乘以时间t可得硫化氢中毒潜在影响半径Ｒ。4应用与分析利用建立的中毒潜在影响半径计算模型，对管径范围114～660mm、压力范围2～7MPa的管道不同时间下目标位置P点的天然气质量浓度阈值进行计算，见图3。从图3可以看出，对于同一直径的管道，压力越低，，点P(ut，0，0)达到最高质量浓度阈值的时间越短，但质量浓度阈值衰减的速度也越快。而对同一压力管道而言，管径越小，点P(ut，0，0)达到最高体积分数的时间越短，但体积分数衰减得也越快。管道硫化氢含量为10%和20%时潜在影响半径计算结果见图4。从图4可看出，含硫天然气管道硫化氢中毒影响半径随介质气体硫化氢体积分数、管径、运行压力的增大而增大，对比不同管道条件下的潜在影响半径计算结果可知:1)管径范围在114～660mm、压力范围在2～7MPa时，天然气中硫化氢体积分数为10%、20%对应的中毒影响半径分别是61.96～339.04m、85.29～504.15m;2)根据1)中管道条件，采用ASMEB31.8S天然气管道潜在影响半径计算模型确定的热辐射潜在影响半径介于16.06～图3不同管道条件下质量浓度随时间变化Fig．3Variationofmassconcentrationofnaturalgaswithtimeunderdifferentpipeconditions1912016年12月何沫，等:含硫天然气管道中毒潜在影响半径计算方法Dec．，2016
【作者单位】：西南石油大学石油与天然气工程学院;中石油西南油气田分公司安全环保与技术监督研究院;中石油西南油气田分公司川东北气矿;
【分类号】：TE973;TE88

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