裴 斌 楊 斯 許 娟 楊云峰 賈彥杰 白 雪

(1.中國(guó)石油西南管道昆明輸油氣分公司；2.中國(guó)石油管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部中緬項(xiàng)目部；3.中國(guó)石油大學(xué)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院)

基于PHAST的輸氣站場(chǎng)放空火炬熱輻射安全距離與影響因素研究

裴 斌**1楊 斯2許 娟1楊云峰1賈彥杰1白 雪3

(1.中國(guó)石油西南管道昆明輸油氣分公司；2.中國(guó)石油管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部中緬項(xiàng)目部；3.中國(guó)石油大學(xué)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院)

通過PHAST軟件對(duì)火炬點(diǎn)火形成噴射火的影響范圍及其影響因素進(jìn)行模擬研究，研究距離、風(fēng)速、風(fēng)向和大氣穩(wěn)定度對(duì)熱輻射強(qiáng)度的影響規(guī)律。研究表明：熱輻射強(qiáng)度隨距離的增大先增大后減小，但在距離火炬中心較遠(yuǎn)的區(qū)域，距離對(duì)熱輻射強(qiáng)度的影響不大；總體上風(fēng)速越大，熱輻射強(qiáng)度越大，但距離火炬中心較遠(yuǎn)的區(qū)域，風(fēng)速對(duì)熱輻射強(qiáng)度的影響可以忽略；下風(fēng)向的輻射距離大于側(cè)風(fēng)向的且遠(yuǎn)大于上風(fēng)向的輻射距離；大氣穩(wěn)定度對(duì)熱輻射強(qiáng)度的影響可以忽略。

站場(chǎng)放空火炬 熱輻射強(qiáng)度 安全距離 PHAST軟件

放空火炬是天然氣站場(chǎng)安全設(shè)施的重要組成部分，其安全與否關(guān)系到輸氣管道和處理裝置的平穩(wěn)運(yùn)行、人民生命財(cái)產(chǎn)和國(guó)有資產(chǎn)的安全。在進(jìn)行放空火炬點(diǎn)火作業(yè)時(shí)，其產(chǎn)生的熱輻射可能對(duì)周圍的人員、設(shè)備造成傷害、破壞，火炬熱輻射影響范圍的研究對(duì)站場(chǎng)放空火炬建設(shè)選址和減少點(diǎn)火形成熱輻射影響及火炬周邊廠區(qū)平面布置優(yōu)化具有重指導(dǎo)意義[1]。利用PHAST軟件對(duì)火炬點(diǎn)火形成噴射火的影響范圍進(jìn)行模擬分析，研究距離、風(fēng)速、風(fēng)向和大氣穩(wěn)定度對(duì)熱輻射強(qiáng)度的影響規(guī)律，為站場(chǎng)放空火炬建設(shè)選址及火炬周邊廠區(qū)平面布置優(yōu)化提供參考[2]。

1 PHAST軟件簡(jiǎn)介

PHAST軟件是挪威船級(jí)社推出的石化廠過程危害后果分析工具，它是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為普遍的定量風(fēng)險(xiǎn)分析軟件[3]。PHAST能夠用于物料泄漏、氣體的大氣擴(kuò)散、噴射火及池火災(zāi)等后果評(píng)估[4]。該軟件中“噴射火”模型中的API RP521模型適用于站場(chǎng)火炬點(diǎn)燃后熱輻射的計(jì)算分析[1]。

計(jì)算時(shí)涉及到的關(guān)鍵參數(shù)有：火炬排放物料名稱、排放質(zhì)量流量、溫度、壓力、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度、火炬頭直徑及火炬高度等[5]。其中，如果直接采用火炬頭直徑計(jì)算出的物料排放質(zhì)量流量數(shù)值會(huì)比實(shí)際大很多，因此需要對(duì)火炬頭直徑進(jìn)行修正，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性[1]，修正公式為：

式中d實(shí)際——火炬頭實(shí)際直徑，mm；

d修正——修正后的火炬頭直徑，mm；

Q計(jì)算——火炬計(jì)算排放量，kg/s；

Q實(shí)際——火炬實(shí)際排放量，kg/s。

2 實(shí)例分析

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

以輸氣干線某段管道放空系統(tǒng)的放空火炬為例，計(jì)算火炬點(diǎn)燃時(shí)的熱輻射情況。排放物料為甲烷(天然氣中99.6%為甲烷)，放空壓力為7.6MPa，溫度20℃，火炬高度為20m，火炬頭直徑為350mm，最大放空量為93 500Nm3/h，大氣穩(wěn)定度為D級(jí)，風(fēng)速取1.5、9.0、15.0m/s。

2.2 熱輻射傷害準(zhǔn)則

熱輻射對(duì)目標(biāo)損傷的判定準(zhǔn)則有3種：熱輻射劑量準(zhǔn)則、熱輻射強(qiáng)度準(zhǔn)則、熱劑量-熱強(qiáng)度準(zhǔn)則[6]。熱通量準(zhǔn)則是以熱通量作為衡量目標(biāo)，判斷人和物是否被破壞的參數(shù)，當(dāng)目標(biāo)受到的熱通量大于或等于引起目標(biāo)破壞所需的臨界熱通量時(shí)，目標(biāo)被破壞[7]。通常情況下熱通量準(zhǔn)則用于判斷穩(wěn)態(tài)火災(zāi)的情況，即天然氣長(zhǎng)輸管道放空系統(tǒng)火炬的噴射火情況[7,8]。熱通量傷害準(zhǔn)則見表1[9～11]，當(dāng)目標(biāo)在一定時(shí)間內(nèi)受到的熱通量超過表中閾值，則產(chǎn)生破壞。

表1 熱輻射強(qiáng)度及其影響后果

2.3 計(jì)算結(jié)果與分析

在“噴射火”模型下可得到不同風(fēng)速條件下水平剖面上熱輻射強(qiáng)度分布和熱輻射強(qiáng)度在xoz、yoz平面上的分布后果輸出[1,12]，風(fēng)速為1.5、9.0、15.0m/s，高度1.5m處的水平剖面上熱輻射強(qiáng)度分布與熱輻射強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 不同風(fēng)速下熱輻射強(qiáng)度與距離的分布關(guān)系

注：風(fēng)速單位m/s，距離單位m，熱輻射強(qiáng)度單位kW/m2。

可以看出，熱輻射強(qiáng)度隨距離的增大先增大后減小，但在距離火炬中心較遠(yuǎn)的區(qū)域，距離對(duì)熱輻射強(qiáng)度的影響不大。風(fēng)速為1.5m/s、輻射強(qiáng)度小于1.58kW/m2時(shí)，在118m以外的人員、設(shè)施等受到的傷害和破壞在可接受范圍內(nèi)，即在該工況下進(jìn)行火炬點(diǎn)火作業(yè)時(shí)安全距離為118m。隨著距離的擴(kuò)大，在相同的距離內(nèi)風(fēng)速越大熱輻射強(qiáng)度越大，隨著距離擴(kuò)大到一定程度，風(fēng)速的大小對(duì)熱輻射強(qiáng)度的影響逐漸降級(jí)(圖1)，直至可以忽略。

圖1 風(fēng)速對(duì)熱輻射強(qiáng)度的影響

以風(fēng)速15.0m/s、熱輻射強(qiáng)度4kW/m2、距地面高度1.5m為例，下風(fēng)向的輻射距離為89m，側(cè)風(fēng)向的輻射距離為70m，上風(fēng)向的輻射距離僅為16m，因此在進(jìn)行火炬點(diǎn)燃放空時(shí)，要適當(dāng)選擇安全風(fēng)向，使易受熱輻射影響的人員、設(shè)備等盡量處于上風(fēng)向的位置。

大氣穩(wěn)定度分別為B、D、E級(jí)別時(shí)，模擬得出的熱輻射強(qiáng)度的變化曲線只有一條(重合)，由此可初步判定大氣穩(wěn)定度對(duì)放空火炬熱輻射強(qiáng)度的影響可以忽略。

3 結(jié)論

3.1放空火炬熱輻射強(qiáng)度并不因與火炬間距增大而呈現(xiàn)指數(shù)單調(diào)減小，在距火炬中心40m內(nèi)熱輻射強(qiáng)度逐漸增大，在40m以外熱輻射強(qiáng)度持續(xù)減小，但減小趨勢(shì)逐漸放緩，150m外熱輻射強(qiáng)度逐漸趨于穩(wěn)定。

3.2總體上風(fēng)速越大，熱輻射強(qiáng)度越大，但距離火炬中心較遠(yuǎn)的區(qū)域，風(fēng)速對(duì)熱輻射強(qiáng)度的影響可以忽略；下風(fēng)向的輻射距離大于側(cè)風(fēng)向的且遠(yuǎn)大于上風(fēng)向的輻射距離；大氣穩(wěn)定度對(duì)放空火炬熱輻射強(qiáng)度的影響可以忽略。

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ResearchonInfluenceFactorsandSafetyDistanceofThermalRadiationfromFlareSysteminGasStationBasedonPHAST

PEI Bin1, YANG Si2, XU Juan1, YANG Yun-feng1, JIA Yan-jie1, BAI Xue3

(1.PetroChinaSouthwestPipelineKunmingPetroleumOil&GasTransportationBranch,Kunming650000,China;
2.ChinaandMyanmarProjectDepartment,PetroChinaPipelineConstructionProjectManagerBranch,
Kunming650000,China;3.CollegeofPipelineandCivilEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

Both influence scope and safety distance of jet fire which resulted from the flare system was simulated and investigated through PHAST software, including the influence of distance, wind speed, wind direction and atmospheric stability on the thermal radiation intensity. The results show that, the thermal radiation intensity increases at first and then decreases with the increase of distance; and the distance’s influence on the thermal radiation intensity becomes less at the area far from the flare system; generally, the greater wind speed can incur bigger thermal radiation intensity, but at the area far from the flare system, the wind speed’s effect on the strength of thermal radiation can be ignored; and the radiation distance downwind is greater than that at lateral direction and far more than the radiation distance upwind; and the influence of atmospheric stability on the thermal radiation intensity can be ignored too.

flare system in gas station, thermal radiation intensity, safety distance, PHAST software

** 裴 斌，男，1985年12月生，工程師。云南省昆明市，650000。

TQ055.8

A

0254-6094(2016)04-0461-03

2015-09-29，

2015-10-20)