不同标准对管道泄漏速率计算的差异及修改建议

【摘要】目的：为了找出各类标准对管道泄漏速率计算结果的正确性。过程和方法：探讨用简单的举例计算方式，分别计算液体泄漏和气体泄漏两种状态，采用液化天然气和压缩天然气两种物态，忽略物态的具体性质及标准的应用细节，对国家推荐标准和行业标准SY/T 6714—2008、GB/T 27512—2011、GB/T 34346—2017、AQ/T 3046—2013、GB/T 26610.5—2014、HJ 169—2018、GB/T 37243—2019及APIRP 581—2016（2019）进行实际演算，列表比较。结果：除了HJ 169—2018《建設项目环境风险评价技术导则》外，几个标准需要进行勘误及改进。特别是美国石油学会API 581多次版本公式或术语缺陷，国内行业标准在参考采用时核算不足。

【关键词】管道；泄漏速率；计算差异；标准比对

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.05.041

Differences in Calculation of Pipeline Leakage Rate in Different Standards and Suggestions for Modification

LI Anhu

（GuizhouAnke Labor Protection Technology Co.， Ltd.， Guiyang 550014， China）

Abstract： Purpose： To find out the correctness of calculation results of pipeline leakage rate by various standards. Process and method： discuss how to calculate the two states of liquid leakage and gas leakage respectively with simple examples，using liquefied natural gas （LNG） and compressed natural gas （CNG）， ignoring the specific properties of the state and the application details of the standard. For national recommended standards and industrial standards SY/T 6714—2008， GB/T 27512—2011， GB/T 34346—2017， AQ/T 3046—2013， GB/T 26610.5—2014， HJ 169—2018， GB/T 37243—2019 and APIRP 581—2016 （2019） are used for actual calculation and list comparison. Results： In addition to HJ 169—2018 Technical Guidelines for Environmental Risk Assessment of Construction Projects， several standards need to be corrected and improved. In particular， the formula or terminology of API 581 of American Petroleum Institute in multiple versions is defective， and the domestic industry standards are insufficient when used by reference.

Key words： conduit； leakage rate； calculate the difference； standard comparison

泄漏速率作为安全定量计算的基础数据，会涉及排放浓度、池火灾、喷射火计算，它的准确性会影响安全防护距离的判断，从安全经济性考虑有必要深入探讨。为明确原因，进一步了解说明各标准的来源，公式及式项说明，指出标准中计算公式存在的问题，本文对相关标准中计算公式的差异进行比较。

1各泄漏计算结果比较

1.1液体泄漏计算

假设有一液化天然气管道，DN200，工作压力为0.8 MPa，环境压力为0.1 MPa，环境温度为20℃，发生中孔（D=25 mm或1 in）破裂泄漏，液化天然气密度计450 kg/m3。摩尔质量M=16.04×10-3kg/mol=16.04 g/mol。高度h以0计，Kv，n以1.0计，计算结果保留四位有效数字。由于计算结果用于估算不同规格孔径泄漏速率，孔径选择数据相差数倍（如6 mm，25 mm，100 mm等），故公式中其他式项数据有效位数的选择满足计算准确度要求。本文主要为比较不同标准液体泄漏速率计算差异，忽略液化天然气两相流物理化学性质。

1.1.1不同标准液体泄漏计算公式比较

由于标准计算公式可能存在问题，造成结果出现错误。故有必要将关键计算过程进行比较，具体见表1。

1.1.2液体泄漏计算说明

SY/T 6714—2008翻译来源于API 581—2000，查阅API 581—2000，7.5.1（7.1）及附录J.2.6.1（J.9）公式存在符号说明不一致，计算结果不可信。在API RP 581—2008以后的版本已经对API 581—2000更新校正。

GB/T 27512—2011标准引用的GB/T 20801.6—2006《压力管道规范工业管道第6部分：安全防护》（已经有更新的2020版，不详述）中有爆破片装置的最小泄放面积液体计算公式，经转换计算结果为Ws=7.524 kg·s-1。可认为GB/T 27512—2011泄漏计算公式是在进行简化过程中出现差错造成的。

GB/T 34346—2017标准计算不同的原因，是将原征求意见稿中的公式简化过程中出现差错造成。若简化后将压力单位用Pa，可以使公式计算结果同其他标准相符。

用硫酸管道核算，DN200，工作压力为0.6 MPa，环境压力为0.1 MPa，環境温度为20℃，发生中孔（D=25 mm或1 in）破裂泄漏，硫酸密度计1840 kg/m3。摩尔质量M=98×10-3kg/mol=98 g/mol。计算结果按上述8个标准顺序分别2.621×10-4、10.19、1.284×10-2、12.84、12.84、12.84、12.84、12.84（kg·s-1），复核结果表明用硫酸、液化天然气举例计算找出的标准问题是一致的。

1.2气体泄漏计算

假设有一天然气管道，DN200，工作压力为1.6 MPa，环境压力为0.1 MPa，环境温度为20℃，发生中孔（D=25 mm或1 in）破裂泄漏，天然气质量热容比γ=Cp/Cv=1.35。气体流动属音速流动。摩尔质量M=16.04×10-3kg/mol=16.04 g/mol。计算结果保留四位有效数字。由于计算结果用于估算不同规格孔径泄漏速率，孔径选择数据相差数倍（如6 mm，25 mm，100 mm等），故公式中其他式项数据有效位数的选择满足计算准确度要求。

1.2.1气体泄漏计算公式

由于标准计算公式可能存在问题，造成结果出现错误。故有必要将关键计算过程进行数据显示，具体见表2。

1.2.2气体泄漏计算说明

AQ/T 3046—2013、GB/T 37243—2019标准计算结果较大，与其他标准相差10-3/2倍。GB/T 37243—2019来源于AQ/T 3046—2013，而AQ/T 3046—2013又引用SY/T 6714，SY/T 6714又修改采用API 581—2000。由于前面标准的公式存在问题，导致结果失误。现方程需要将“泄漏气体或蒸气的分子量”变为“摩尔质量，单位为千克每摩尔（kg/mol）”。APIRP 581—2016（2019）标准计算结果较大，API RP 581—2016（2019）4.13术语说明R=8.314 J/（kg-mol-K）；数据或单位存在问题。根据API RP 581—2008版、2016版及2019增编1版的5.13术语说明，可勘误修正为R=8314 J/（kg-mol-K）。

2泄漏计算公式中量和单位说明比较

为便于理解根据文中例子进行合理简化（见表3和表4）。

3结论与建议

1）标准应统一为国家法定计量单位，增加标准可比性。 2）GB/T 27512—2011《埋地钢质管道风险评估方法》液体泄漏计算公式建议更换；气体泄漏计算公式建议简化。3）GB/T 34346—2017《基于风险的油气管道安全隐患分级导则》液体泄漏计算公式建议将压力单位MPa变为Pa；气体泄漏计算公式建议将公式项中两个单位调整：压力单位MPa变为Pa；摩尔质量单位g/mol变为kg/mol。4）AQ/T 3046—2013《化工企业定量风险评价导则》气体泄漏计算公式建议将公式项中将“泄漏气体或蒸气的分子量”变为“摩尔质量，单位为千克每摩尔（kg/mol）”。5）GB/T 26610.5—2014《承压设备系统基于风险的检验实施导则第5部分：失效后果定量分析方法》液体泄漏计算公式建议简化；气体泄漏计算公式建议简化。6）HJ 169—2018《建设项目环境风险评价技术导则》液体泄漏计算公式和气体泄漏计算公式，已经修正，可作为其他标准的参考。7）GB/T 37243—2019《危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法》气体泄漏计算公式建议将公式项中将“泄漏气体或蒸气的分子量”变为“摩尔质量，单位为千克每摩尔（kg/mol）”。8）API RP 581—2016（2019）Risk-Based Inspection Methodology（基于风险的检测方法）气体泄漏计算公式建议将4.13 Nomenclature（术语）：R is the universal gas constant（普适气体常数）=8.314 J/（kg-mol-K）勘误修正为8314 J/（kgmol-K）。9）建议标准编制说明有实际操作演算或实验结果支持，增加实用性。10）建议根据标准开发的计算模式软件，使用说明书要有详细的推算过程，使计算结果的准确性可以复核，避免结果错误。

【参考文献】

[1]基于风险检验的基础方法：SY/T 6714—2008[S].

[2]埋地钢质管道风险评估方法：GB/T 27512—2011[S].

[3]基于风险的油气管道安全隐患分级导则：GB/T 34346—2017[S].

[4]化工企业定量风险评价导则：AQ/T 3046—2013[S].

[5]承压设备系统基于风险的检验实施导则第5部分：失效后果定量分析方法：GB/T 26610.5—2014[S].

[6]建设项目环境风险评价技术导则：HJ 169—2018[S].

【作者简介】

李安虎，男，1967年出生，工程师，学士，研究方向为化工、检测、环保及安全。

（编辑：李钰双）