基于Phast软件的甲烷泄漏事故后果模拟

纵 孟　易 俊　李慧民

(1. 重庆化工职业学院, 重庆 400020； 2. 重庆工程职业技术学院， 重庆 402260；3. 重庆科技学院安全工程学院， 重庆 401331)



基于Phast软件的甲烷泄漏事故后果模拟

纵 孟1易 俊2，3李慧民1

(1. 重庆化工职业学院, 重庆 400020； 2. 重庆工程职业技术学院， 重庆 402260；3. 重庆科技学院安全工程学院， 重庆 401331)

应用Phast软件对长输管线甲烷泄漏事故产生的后果进行模拟。模拟显示，当泄漏发生后的气云浓度最大时，在下风向距离泄漏点0 ～ 192m范围内会导致人员不适、人员窒息或爆炸燃烧等危害；在下风向距离泄漏点192～420m范围内会导致人员不适或爆炸的危害；在下风向距离泄漏点420～498m范围内会发生人员不适等危害；在横风向距离泄漏点0 ～9.2m范围内会发生人员不适、人员窒息或爆炸燃烧等危害；在横风向距离泄漏点9.2～26.0m范围内会发生人员不适或爆炸的危害；在横风向距离泄漏点26.0～37.0m范围内会发生人员不适的危害。

Phast软件； 甲烷； 泄漏事故； 事故模拟

在现代危险化学品管理当中，管理过程不科学或操作不规范等原因导致的危险化学品泄漏事故频发。针对泄漏事故可能的后果，学者们从预防和控制的角度出发，作了大量的预评价研究。Phast软件由挪威船级社(DNV)开发，是专门用于石油、石化和天然气行业进行危险分析和安全计算的软件，已得到全世界许多国家的广泛运用和认可[1]。该软件可以模拟泄漏和扩散、燃烧、爆炸和毒气扩散等过程[2]。本次研究尝试应用Phast软件定量分析并模拟甲烷泄漏事故后果的多种情况，拟为危险化学品行业管理和规划提供理论参考[1-2]。

1　模拟参数的设定

泄漏甲烷在大气中的扩散和稀释与大气稳定度有关。若大气处于不稳定状态，则泄漏气体越容易扩散和稀释[3-4]，因此，大气稳定度直接影响模拟结果。

泄漏的裂口为狭窄的长方形裂口。根据实践经验，在本次分析中裂口面积取管道面积A的20%[5]。

管径(内径)、管线长度、管道压力、介质温度、管道输气量、密度和泄漏方向等因素，都是模拟分析的必要参数[6]。各参数设定情况见表1。

2　模拟结果与分析

2.1泄漏甲烷含量与距离关系

由中心线上泄漏甲烷含量与距离关系图(图1)可知，中心线上泄漏甲烷含量随距离延长而降低。在距离为0 ～ 20m时降低幅度较大，甲烷含量从100% 降低到60%；在20～220m时降低幅度变小，甲烷含量从60%降低到17%；在距离220m之后降低幅度更小。

2.2各时间点的气云扩散情况及危害区域

为了分析甲烷泄漏后不同时间点的气云扩散情况及危害区域，我们选取了5个时间点，分别绘制各时间点的气云轨迹图(图2 — 图6)。

由图2可知，在甲烷泄漏后0.6s时下风向距离泄漏点0～78m范围内，会发生人员不适、人员窒息、爆炸燃烧等危害。在横风向距离泄漏点0～9.2m范围内，会发生人员窒息、爆炸燃烧和人员窒息等危害；在横风向距离泄漏点9.2～16.5m范围内，会发生爆炸燃烧和人员不适的危害；在横风向距离泄漏点16.5～18.0m范围内，会发生人员不适的危害。

表1　参数设定情况

图2　甲烷泄漏后0.6 s时的气云轨迹图

图3　甲烷泄漏后3.7 s时的气云轨迹图

由图3可知，在甲烷泄漏后3.7s时在下风向距离泄漏点0～192m范围内，会发生人员不适、人员窒息、爆炸燃烧等危害；在下风向距离泄漏点192～210m范围内，会发生爆炸燃烧和人员不适的危害；在横风向距离泄漏点0～9.2m范围内，会发生人员不适、人员窒息、爆炸燃烧的危害；在横风向距离泄漏点9.2～25m范围内，会发生爆炸燃烧和人员不适的危害；在横风向距离泄漏点25～33m范围内，会发生人员不适的危害。

图4　甲烷泄漏后9.3 s时的气云轨迹图

由图4可知，在甲烷泄漏发生后9.3s时，在下风向距离泄漏点0～192m范围内会发生人员不适、人员窒息、爆炸燃烧等危害；在下风向距离泄漏点192～342m范围内会发生爆炸和人员不适的危害；在横风向距离泄漏点0 ～ 9.2m范围内会发生人员不适、人员窒息、爆炸燃烧的危害；在横风向距离泄漏点9.2 ～ 26.0m范围内会发生爆炸和人员不适的危害；在横风向距离泄漏点26 ～37m范围内会发生人员不适的危害。

图5　甲烷泄漏后13.6 s时的气云轨迹图

由图5可知，在甲烷泄漏后13.6s时，在下风向距离泄漏点0～192m范围内会发生人员不适、人员窒息、爆炸燃烧等危害；在下风向距离泄漏点192～420m范围内会发生爆炸和人员不适等危害；在横风向距离泄漏点0～9.2m范围内会发生人员不适、人员窒息、爆炸燃烧等危害；在横风向距离泄漏点9.2～26.0m范围内会发生爆炸和人员不适的危害；在横风向距离泄漏点26～37m范围内会发生人员不适的危害。

由图6可知，在甲烷泄漏后19.2s时，在下风向距离泄漏点0～192m范围内会发生人员不适、人员窒息、爆炸燃烧等危害；在下风向距离泄漏点192～420m范围内会发生爆炸和人员不适的危害；在下风向距离泄漏点420～498m范围内会发生人员不适的危害；在横风向距离泄漏点0～9.2m范围内会发生人员不适、人员窒息、爆炸燃烧等危害；在横风向距离泄漏点9.2～26.0m范围内会发生爆炸和人员不适的危害；在横风向距离泄漏点26～37m范围内会发生人员不适等危害。

经过上述分析，得到发生泄漏后各个时间点危害性质及危害区域表(表2)。

图6　甲烷泄漏后19.2 s时的气云轨迹图

泄漏时间/s人员窒息区域爆炸燃烧区域人员不适区域下风向距离∕m横风向距离∕m下风向距离∕m横风向距离∕m下风向距离∕m横风向距离∕m0.60～780～9.2—9.2～16.5—16.5～18.03.70～1920～9.2192～2109.2～25.0—25.0～33.09.30～1920～9.2192～3429.2～26.0—26.0～37.013.60～1920～9.2192～4209.2～26.0—26.0～37.019.20～1920～9.2192～4209.2～26.0420～49826.0～37.0

3　结　语

通过以上模拟结果得出以下结论：发生泄漏后甲烷含量随时间增加而逐渐降低，降低速率随时间增加而增大；中心线上泄漏气体含量随距离增加而减小。距离泄漏点不同位置和不同时间所受到的伤害形式也不同：在泄漏发生后9.3s时，在下风向距离泄漏点0～192m范围内会发生人员窒息、爆炸燃烧和人员不适等危害；在下风向距离泄漏点192 ～ 342m范围内会发生爆炸和人员不适等危害；在横风向距离泄漏点0～9.2m范围内会发生人员窒息、爆炸燃烧和人员不适等危害；在横风向距离泄漏点9.2～26.0m范围内会发生爆炸和人员不适等危害；在横风向距离泄漏点26～37m范围内会发生人员不适等危害。

[1] 李晰睿，肖国清.架空天然气管道泄漏事故后果数值模拟研究[J].中国安全生产科学技术，2015，11(4):77-83.

[2] 韩策，吴明，赵梁，等.基于FLUENT的架空天然气管道泄漏数值模拟[J].辽宁石油化工大学学报,2014，34(6):30-34.

[3] 李朝阳，马贵阳，徐柳.架空及埋地天然气管道泄漏扩散数值研究[J].中国安全生产科学技术，2011，7(7):66-69.

[4] 窦梓元.水体中天然气管道泄漏扩散规律及后果分析[D].成都：西南石油大学，2015：20-25.

[5] 李朝阳,马贵阳.高含硫天然气管道泄漏数值模拟[J].化学工程，2011，39(7):88-92.

[6] 刘勇峰,吴明,赵玲,等.城市天然气管道泄漏数值模拟[J].工业安全与环保,2012,38(8):51-53.

SimulationofMethaneLeakageAccidentConsequenceBasedonPhastSoftware

ZONG Meng1YI Jun2,3LI Huimin1

(1. Chongqing Chemical Industry Vocational College, Chongqing 400020, China;2.ChongqingVocationalInstituteofEngineering,Chongqing402260,China;3.SchoolofSafetyEngineering,ChongqingUniversityofScienceandTechnology,Chongqing401331,China)

Themethaneleakageaccidentconsequenceoflong-distancepipelineissimulatedbyphastsoftware.Theresultisobtainedthroughtheprocessofsimulation,whenthegascloudconcentrationreachesthemaximumafterleaking,thesuffocation,explosionandburning,discomfortandotherhazardswilloccurintherangeof0～192mofwinddirection;explosionanddiscomfortwilloccurintherangeof192～420mofwinddirection;discomfortwilloccurintherangeof420～498mofwinddirection.Thesuffocation,explosionandburning,discomfortandotherhazardswilloccurintherangeof0～9.2moftransversewind;explosionanddiscomfortwilloccurintherangeof9.2～26.0moftransversewind;discomfortwilloccurintherangeof26.0～37.0mofwinddirection.

Phastsoftware;CH4;leakageaccident;consequencesimulation

2015-12-08

国家自然科学基金项目“突发事件应急准备与应急预案体系研究”(91024031)

纵孟(1989 — )，男，安徽淮北人，硕士，研究方向为油气化工过程安全。

X924

A

1673-1980(2016)04-0066-04