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. 中国民航工程咨询公司， 北京 100621；2. 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 3. 中国石油大学（北京）， 北京 102249）

高压天然气管道泄漏爆炸后危害分析

骆洪森1，王为民2，张 月2，陈 印2，武 旭3

（1. 中国民航工程咨询公司， 北京 100621；2. 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 3. 中国石油大学（北京）， 北京 102249）

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。

高压；天然气管道；爆炸；危害

天然气是一种无味无色无毒的气体，成分中约95%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%～15%，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[1]。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。

1 高压天然气管道事故发生特点

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[2]。

2 爆炸的基本理论

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，大量气体和能量突发释放或急剧转化。同时，在有限体积和极短时间内积聚，其邻近介质会由于造成的高温高热等非寻常状态而形成急剧的压力突跃和随后的复杂运动，并且显示出不寻常的移动或机械破坏效应。

（2） 爆炸的外部特征：爆炸可以以一定的方式使能量转变为原物质或产物的压缩能，然后物质由压缩态膨胀，在膨胀过程中作机械功，从而引起附近介质的变形、移动和破坏。同时由于介质受振动而会发出一定的声响[3]。

2.2 爆炸的分类

（1） 按爆炸的性质分类：物理爆炸，化学爆炸，核爆炸。

化学爆炸按爆炸时物质的化学变化又可分为简单分解爆炸、复杂分解爆炸和爆炸性混合物的爆炸三类。同时按照物质的类型，又可分为受限空间内可燃气体爆炸、开放空间的气体蒸气云爆炸以及不稳定气体或固体的爆炸等，作为重大爆炸事故后果分析，最重要的是可燃性气体泄漏后导致的开放空间蒸气云爆炸[4]。

（2） 按事故爆炸过程类型分类：着火型爆炸，泄漏型爆炸，自然型爆炸，反应失控型爆炸，传热型蒸气爆炸平衡破坏型蒸气爆炸。

（3） 按爆炸反应相分类：气相爆炸，液相爆炸，固相爆炸。

（4） 按爆炸速度分类：爆燃，爆炸，爆轰。

2.3 爆炸发生的条件

（1） 物理爆炸发生的条件：构成爆炸的体系内存有高压气体或在爆炸瞬间生成的高温高压气体或蒸气的急骤膨胀，爆炸体系和它周围的介质之间发生急剧的压力突变[3]。锅炉爆炸，压力容器爆炸，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式。热辐射的伤害准则有热通量准则、热剂量准则和热通量-时间准则。冲击波的伤害准则有超压准则、冲量准则、超压-冲量准则。伤害形式为热辐射的是喷射火和火球，对于喷射火的热辐射伤害来说，假设其为稳定火灾，则可以采用热通量准则；对于火球的热辐射伤害，假设其为瞬时火灾，则可以采用热通量-时间准则；蒸气云爆炸的伤害形式为冲击波，爆炸冲击波超压危害最大，破坏作用最强，影响范围比较广。对于蒸气云爆炸，可采用超压-冲量准则。由于热辐射和冲击波的伤害机理不一样，所以很难直接将二者进行比较，为了便捷比较，通常使用 50%致死率作为统一基准[5]。

3.3 火灾爆炸后果评价分析

3.3.1 冲击波压力的爆炸效应评估

冲击波是一种压缩波，它的传播形式是在弹性介质中，波阵面以突跃面的形式传播，其介质状态参数在波阵面上以突跃式变化。对于天然气爆炸过程而言，冲击波的破坏作用主要是由超压导致的[6]。当计算出爆炸的冲击波压力后，就可以直接评价其爆炸效应。冲击波压力除了对建筑物的造成破坏之外，还会直接对超压波及其范围内的人身安全造成很大的威胁[7]。以下分别是冲击波压力对人体造成的伤害情况以及对周围设备及建筑物造成的破坏效应，分别见表1和表 2。

3.3.2 热辐射对人员伤害的定量评价方法

热辐射持续的时间、热辐射强度、人的性别、年龄、身体健康状况、皮肤暴露程度等都可以成为热辐射对人员伤害的影响因素。为了很方便估计爆炸危害后果，我们可以依据伤害的程度将危害后果分为死亡区、重伤区、轻伤区、安全区四个危害区域[8]。

根据风险评价原理，定量评价可采用下面的步骤进行[8]:

（1） 计算任意一点的热辐射强度。

（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） TNT 当量法：用 TNT 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径，重伤区半径和轻伤区半径。

（2） TNO 多能法：TNO 多能法是目前模拟预测蒸气云爆炸常用的方法，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[9]。

表 1 冲击波压力对人员伤害情况Table 1 The injuries of shock wave pressure to people

表 2 冲击波压力与周围建筑物的破坏效应Table 2 The shock wave pressure and the damageeffects of the surrounding building

（3） API pub581 定量后果评价模型：采用美国石油协会标准 API pub 581 (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。

［1］徐志胜. 城市天然气管道泄漏的危害分析[J].工业安全与环保，2006,32(9):47-48.

［2］付小芳. 高压天然气管道危险区域分析[J].油气储运, 2010, 29(2):127 -129.

［3］魏绪玲．延迟焦化冷焦水密闭处理方法研究[D].东营：中国石油大学（东营），2008.

［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,2007,17(8):132-135.

［5］冯文兴. 高压天然气管道泄漏燃烧爆炸后果[J].油气储运，2010，29(12):903- 904.

［6］张国军. 天然气管道泄漏爆炸事故风险分析[J].辽宁石油化工大学学报，2012,32(3):67-69.

［7］郝建斌 . 燃烧与爆炸学[M].北京：中国石化出版社，2012-09.

［8］蒋宏业. 城市天然气管道泄漏区域危害程度分析[J].油气田地面工程,2006, 27 (4) : 38-39.

［9］ 黄斌. LPG 储罐的蒸气云爆炸后果模拟[J].石油化工安全环保技术，2009,25(1):26-28.

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-芒克(Kubelka-Munk)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。

测配色工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、CIE 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)，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。

Leakage Explosion Hazard Analysis of High Pressure Natural Gas Pipelines

LUO Hong-sen1, WANG Wei-min2, ZHANG Yue2, CHEN Yin2, WU Xu3
（1. Civil Aviation Engineering Consulting Company of China, Beijing 100621, China；2. College of Petroleum and Natural Gas Engineering,Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China; 3. China Petroleum University (Beijing), Beijing 102249, China）

The leakage of high pressure natural gas pipelines can lead to many serious consequences, fire and explosion cause significant damage and destruction to people and buildings. So study on its explosion hazard analysis has important practical significance. In this paper, mainly the main damage form and consequence assessment analysis of natural gas pipeline explosion were introduced, and the explosion accident characteristics were simply discussed as well as related theories.

High pressure; Natural gas pipeline; Explosion; Harm

TE 832

： A文献标识码： 1671-0460（2014）07-1330-03

2013-12-16

骆洪森（1968-），男，辽宁沈阳人，高级工程师，1993 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-mail：lhs539@163.com。