駱洪森，王為民，張 月，陳 印，武 旭

（1. 中國民航工程咨詢公司， 北京 100621；2. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 3. 中國石油大學(xué)（北京）， 北京 102249）

高壓天然氣管道泄漏爆炸后危害分析

駱洪森1，王為民2，張 月2，陳 印2，武 旭3

（1. 中國民航工程咨詢公司， 北京 100621；2. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 3. 中國石油大學(xué)（北京）， 北京 102249）

高壓天然氣管道泄漏可能導(dǎo)致很多嚴(yán)重后果，火災(zāi)爆炸給周圍的人員和建筑物造成重大的傷害和破壞。所以，對(duì)其爆炸危害進(jìn)行研究分析具有重要現(xiàn)實(shí)意義。介紹了天然氣管道爆炸后的主要危害形式和后果評(píng)價(jià)分析，并簡(jiǎn)單介紹了爆炸事故發(fā)生特點(diǎn)和爆炸的相關(guān)理論。

高壓；天然氣管道；爆炸；危害

天然氣是一種無味無色無毒的氣體，成分中約95%以上是甲烷，同時(shí)含有較少量的乙烷、丙烷、丁烷等烷烴。天然氣的爆炸極限僅為 5%～15%，相對(duì)來說很低。天然氣如果泄漏，就會(huì)立即與空氣接觸，形成爆炸性混合氣體。若遇到火源，明火就可能發(fā)生火災(zāi)爆炸事故， 從而對(duì)周圍設(shè)備和建筑物造成破壞，甚至?xí)斐扇藛T傷亡[1]。高壓天然氣管道泄漏時(shí)，由于壓力很大，泄漏速度快，泄漏率大，所以產(chǎn)生的破壞力很大。因此，對(duì)高壓天然氣管道泄漏事故危害范圍評(píng)價(jià)分析研究，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)管理和輸氣管線定量風(fēng)險(xiǎn)后果評(píng)價(jià)具有重要意義，并為天然氣管道的安全運(yùn)行和應(yīng)急預(yù)案提供重大依據(jù)。

1 高壓天然氣管道事故發(fā)生特點(diǎn)

高壓天然氣管道在運(yùn)行過程中會(huì)受到內(nèi)部和外部大的腐蝕、應(yīng)力腐蝕裂紋、機(jī)械破壞、加工缺陷、外力、結(jié)構(gòu)缺陷、自然災(zāi)害等多種因素的影響，從而產(chǎn)生管道斷裂或穿孔。危險(xiǎn)區(qū)域一般由燃燒時(shí)間，失效方式，發(fā)生爆炸事故地點(diǎn)的環(huán)境條件、氣象條件來決定。對(duì)于高壓天然氣管道來說，其失效方式比較多，例如縱向焊縫缺陷、脆性斷裂等。同時(shí)，設(shè)計(jì)因素、建筑條件，維護(hù)技術(shù)和周邊環(huán)境狀況可以影響高壓天然氣管道失效頻率。在役時(shí)間可以決定一些管道失效，例如，疲勞破壞，腐蝕破壞一般受在役時(shí)間影響；地震，超壓，第三方機(jī)械干擾不受管道在役時(shí)間的影響。第三方機(jī)械干擾有時(shí)會(huì)使管道立即失效，有時(shí)會(huì)使管道經(jīng)過一段時(shí)間后發(fā)生疲勞損壞，二者后果影響都比較嚴(yán)重。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，過去有些嚴(yán)重的管道斷裂事故就是由于這種原因?qū)е碌?。管道失效泄漏后，高壓氣體不斷泄漏出來，與空氣立即混合，遇到點(diǎn)火源就會(huì)發(fā)生火災(zāi)爆炸[2]。

2 爆炸的基本理論

2.1 爆炸及其特征

爆炸是指物質(zhì)從一種狀態(tài)，經(jīng)過物理變化或化學(xué)變化，突然變成另一種狀態(tài)，并釋放出巨大的能量，同時(shí)產(chǎn)生光和熱或機(jī)械功。

通常爆炸表現(xiàn)有以下特征：

（1） 爆炸的內(nèi)部特征：在有限的體積內(nèi)，大量氣體和能量突發(fā)釋放或急劇轉(zhuǎn)化。同時(shí)，在有限體積和極短時(shí)間內(nèi)積聚，其鄰近介質(zhì)會(huì)由于造成的高溫高熱等非尋常狀態(tài)而形成急劇的壓力突躍和隨后的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，并且顯示出不尋常的移動(dòng)或機(jī)械破壞效應(yīng)。

（2） 爆炸的外部特征：爆炸可以以一定的方式使能量轉(zhuǎn)變?yōu)樵镔|(zhì)或產(chǎn)物的壓縮能，然后物質(zhì)由壓縮態(tài)膨脹，在膨脹過程中作機(jī)械功，從而引起附近介質(zhì)的變形、移動(dòng)和破壞。同時(shí)由于介質(zhì)受振動(dòng)而會(huì)發(fā)出一定的聲響[3]。

2.2 爆炸的分類

（1） 按爆炸的性質(zhì)分類：物理爆炸，化學(xué)爆炸，核爆炸。

化學(xué)爆炸按爆炸時(shí)物質(zhì)的化學(xué)變化又可分為簡(jiǎn)單分解爆炸、復(fù)雜分解爆炸和爆炸性混合物的爆炸三類。同時(shí)按照物質(zhì)的類型，又可分為受限空間內(nèi)可燃?xì)怏w爆炸、開放空間的氣體蒸氣云爆炸以及不穩(wěn)定氣體或固體的爆炸等，作為重大爆炸事故后果分析，最重要的是可燃性氣體泄漏后導(dǎo)致的開放空間蒸氣云爆炸[4]。

（2） 按事故爆炸過程類型分類：著火型爆炸，泄漏型爆炸，自然型爆炸，反應(yīng)失控型爆炸，傳熱型蒸氣爆炸平衡破壞型蒸氣爆炸。

（3） 按爆炸反應(yīng)相分類：氣相爆炸，液相爆炸，固相爆炸。

（4） 按爆炸速度分類：爆燃，爆炸，爆轟。

2.3 爆炸發(fā)生的條件

（1） 物理爆炸發(fā)生的條件：構(gòu)成爆炸的體系內(nèi)存有高壓氣體或在爆炸瞬間生成的高溫高壓氣體或蒸氣的急驟膨脹，爆炸體系和它周圍的介質(zhì)之間發(fā)生急劇的壓力突變[3]。鍋爐爆炸，壓力容器爆炸，水的大量急劇氣化等均屬于此類爆炸。

（2） 化學(xué)爆炸發(fā)生的條件：反應(yīng)過程的高速度，反應(yīng)過程的放熱性，變化過程應(yīng)能產(chǎn)生大量氣體產(chǎn)物。

3 泄露爆炸危害分析

3.1 主要危害形式

高壓天然氣管道內(nèi)泄漏的易燃、易爆氣體可能產(chǎn)生不同的失效后果。發(fā)生泄漏時(shí)，根據(jù)點(diǎn)燃時(shí)間、當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件、氣象條件以及阻止泄漏等因素可將危害形式分為噴射火、火球、蒸氣云爆炸和安全擴(kuò)散。

3.2 爆炸傷害準(zhǔn)則

爆炸的傷害形式主要有熱輻射和沖擊波兩種形式。熱輻射的傷害準(zhǔn)則有熱通量準(zhǔn)則、熱劑量準(zhǔn)則和熱通量-時(shí)間準(zhǔn)則。沖擊波的傷害準(zhǔn)則有超壓準(zhǔn)則、沖量準(zhǔn)則、超壓-沖量準(zhǔn)則。傷害形式為熱輻射的是噴射火和火球，對(duì)于噴射火的熱輻射傷害來說，假設(shè)其為穩(wěn)定火災(zāi)，則可以采用熱通量準(zhǔn)則；對(duì)于火球的熱輻射傷害，假設(shè)其為瞬時(shí)火災(zāi)，則可以采用熱通量-時(shí)間準(zhǔn)則；蒸氣云爆炸的傷害形式為沖擊波，爆炸沖擊波超壓危害最大，破壞作用最強(qiáng)，影響范圍比較廣。對(duì)于蒸氣云爆炸，可采用超壓-沖量準(zhǔn)則。由于熱輻射和沖擊波的傷害機(jī)理不一樣，所以很難直接將二者進(jìn)行比較，為了便捷比較，通常使用 50%致死率作為統(tǒng)一基準(zhǔn)[5]。

3.3 火災(zāi)爆炸后果評(píng)價(jià)分析

3.3.1 沖擊波壓力的爆炸效應(yīng)評(píng)估

沖擊波是一種壓縮波，它的傳播形式是在彈性介質(zhì)中，波陣面以突躍面的形式傳播，其介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)在波陣面上以突躍式變化。對(duì)于天然氣爆炸過程而言，沖擊波的破壞作用主要是由超壓導(dǎo)致的[6]。當(dāng)計(jì)算出爆炸的沖擊波壓力后，就可以直接評(píng)價(jià)其爆炸效應(yīng)。沖擊波壓力除了對(duì)建筑物的造成破壞之外，還會(huì)直接對(duì)超壓波及其范圍內(nèi)的人身安全造成很大的威脅[7]。以下分別是沖擊波壓力對(duì)人體造成的傷害情況以及對(duì)周圍設(shè)備及建筑物造成的破壞效應(yīng)，分別見表1和表 2。

3.3.2 熱輻射對(duì)人員傷害的定量評(píng)價(jià)方法

熱輻射持續(xù)的時(shí)間、熱輻射強(qiáng)度、人的性別、年齡、身體健康狀況、皮膚暴露程度等都可以成為熱輻射對(duì)人員傷害的影響因素。為了很方便估計(jì)爆炸危害后果，我們可以依據(jù)傷害的程度將危害后果分為死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)、安全區(qū)四個(gè)危害區(qū)域[8]。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)原理，定量評(píng)價(jià)可采用下面的步驟進(jìn)行[8]:

（1） 計(jì)算任意一點(diǎn)的熱輻射強(qiáng)度。

（2） 計(jì)算熱輻射的傷害半徑

（3） 計(jì)算作用長(zhǎng)度。

（4） 計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值

3.3.3 爆炸沖擊波對(duì)人員傷害的定量評(píng)價(jià)方法

（1） TNT 當(dāng)量法：用 TNT 當(dāng)量來表示參與爆炸并對(duì)形成沖擊波有實(shí)際貢獻(xiàn)的一定百分比的蒸氣云的爆炸威力。用這種方法可以估算出泄漏爆炸后傷害程度的死亡區(qū)半徑，重傷區(qū)半徑和輕傷區(qū)半徑。

（2） TNO 多能法：TNO 多能法是目前模擬預(yù)測(cè)蒸氣云爆炸常用的方法，它假設(shè)蒸氣云為半球型，在其中心處點(diǎn)火，火焰已恒定速度傳播，然后計(jì)算不同燃燒速度下的蒸氣云爆炸，通常采用數(shù)值方法計(jì)算，能夠獲得一組爆炸強(qiáng)度曲線。該方法經(jīng)眾多實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)修正和驗(yàn)證，與事實(shí)比較接近[9]。

表 1 沖擊波壓力對(duì)人員傷害情況Table 1 The injuries of shock wave pressure to people

表 2 沖擊波壓力與周圍建筑物的破壞效應(yīng)Table 2 The shock wave pressure and the damageeffects of the surrounding building

（3） API pub581 定量后果評(píng)價(jià)模型：采用美國石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) API pub 581 (基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)的基本源文件)中定量后果評(píng)價(jià)模型，對(duì)天然氣管道泄漏爆炸后果危害范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 結(jié) 語

高壓天然氣管道泄漏危害后果的確定是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，國內(nèi)外對(duì)確定天然氣管道泄漏危害區(qū)域的研究較多。各類文獻(xiàn)對(duì)于天然氣管道泄漏爆炸的危害形式，火災(zāi)爆炸的后果分析，后果評(píng)價(jià)方法都有深入研究。更多的了解爆炸后的危害形式，利用適當(dāng)有效的定量評(píng)價(jià)方法，可以減少甚至預(yù)防火災(zāi)爆炸后產(chǎn)生的人員傷亡和國民經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)石油天然氣儲(chǔ)存的安全和維護(hù)方面起到了重大作用。

［1］徐志勝. 城市天然氣管道泄漏的危害分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2006,32(9):47-48.

［2］付小芳. 高壓天然氣管道危險(xiǎn)區(qū)域分析[J].油氣儲(chǔ)運(yùn), 2010, 29(2):127 -129.

［3］魏緒玲．延遲焦化冷焦水密閉處理方法研究[D].東營：中國石油大學(xué)（東營），2008.

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計(jì)算機(jī)測(cè)配色提高印染打樣效率

計(jì)算機(jī)測(cè)色配色系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成，其中，軟件系統(tǒng)為測(cè)色配色系統(tǒng)軟件，采用庫貝爾卡-芒克(Kubelka-Munk)理論為光學(xué)理論基礎(chǔ)，能夠修正單一織物和混紡織物的配色，建立和管理顏色配方庫，控制生產(chǎn)質(zhì)量，并能夠智能校正配方以補(bǔ)償拼色配方染料間的相互作用。硬件系統(tǒng)為分光光度測(cè)色儀，其基本組成是光源、分離單色光器和光電檢測(cè)器。

測(cè)配色工作原理是光源所發(fā)射的白光照射在樣品上，其反射光被三棱鏡或繞射光柵分離后計(jì)算成各種波長(zhǎng)的反射率，電腦配色系統(tǒng)以此反射率來計(jì)算色值或三度色彩空間的坐標(biāo)，進(jìn)而運(yùn)算。

在這過程中，首先要建立染料的定標(biāo)著色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，設(shè)定配方預(yù)測(cè)的色度環(huán)境參數(shù)，(配色及同色異譜評(píng)價(jià)光源、光譜范圍與波長(zhǎng)間隔、CIE 標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)、染色工藝、染料組合模式以及染料配方色差容限等)，然后測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)色樣，對(duì)染料配方進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，得出初步配方后要進(jìn)行小樣試染，最后進(jìn)行配方修正，使色差達(dá)到最小。一般運(yùn)用計(jì)算機(jī)測(cè)色配色系統(tǒng)所得到的配方只需1～2次修正，就可達(dá)到要求。

制作配方文件

每種底基布要從生產(chǎn)中的待染布上取材，其中一部分經(jīng)直接測(cè)定后，將數(shù)據(jù)存入電腦，另一部分用于制作基礎(chǔ)試樣。材質(zhì)相同而組織結(jié)構(gòu)不同的織物、組織結(jié)構(gòu)相同而前處理不同的織物等，均應(yīng)視為不同種類而分別測(cè)定。制作基礎(chǔ)試樣的染料品種應(yīng)盡可能多一些，這樣在配色時(shí)可從不同色相的多種染料中得到符合要求的數(shù)種配方，選擇余地較大，從而可得到滿意的效果。為確保配色準(zhǔn)確性，當(dāng)改用不同批號(hào)的染料后，應(yīng)做染料力分試驗(yàn)。每一種染料要染成 8 個(gè)不同濃度(對(duì)織物重)的基礎(chǔ)試樣。染色濃度的范圍及濃度的檔次劃分要根據(jù)實(shí)際情況而定。

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文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1330-03

2013-12-16

駱洪森（1968-），男，遼寧沈陽人，高級(jí)工程師，1993 年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院石油儲(chǔ)存與運(yùn)輸專業(yè)，從事供油工程規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)工作。E-mail：lhs539@163.com。