V壓氣站天然氣泄漏事故后果模擬分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9268壓氣站天然氣泄漏事故后果模擬分析案例 124631.1事故后果類型及傷害準(zhǔn)則 1112091.1.1事故后果類型確定 1181721.1.2事故傷害準(zhǔn)則 2177851.2模擬方案與參數(shù)設(shè)置 367071.2.1模擬方案 3107891.2.2參數(shù)設(shè)置 450871.2.3沖擊波疊加效應(yīng)分析 4323061.3噴射火模擬后果與討論 6112991.4爆炸模擬后果與討論 8289951.4.1常見小孔徑泄漏連鎖爆炸后果模型分析 8133051.4.2危險工況點泄漏連鎖爆炸后果模型分析 10309161.5安全防范措施 13312491.1.1應(yīng)急疏散措施 14255481.1.2安全管理措施 141.1事故后果類型及傷害準(zhǔn)則1.1.1事故后果類型確定事件樹分析流程：（1）確定事件系統(tǒng)的組成；（2）建立事件樹圖；（3）定性分析。圖1.1天然氣泄漏事件樹Fig.1.1Naturalgasleakageeventtree由對天然氣泄漏事故樹的分析可知，主要的事故后果形式是噴射火、爆炸、閃火，由于噴射火和爆炸的事故影響大，故本文只討論天然氣泄漏噴射火和爆炸事故后果嚴(yán)重度。1.1.2事故傷害準(zhǔn)則（1）熱輻射傷害準(zhǔn)則噴射火和閃火的主要傷害來源是熱輻射，不同強度熱輻射對人員和設(shè)備的損傷情況如表1.1所示。表1.1不同熱輻射強度造成的傷害和損壞Table1.1Injuriesanddamagescausedbydifferentthermalradiationintensities熱輻射強度kW/m2對設(shè)備的損壞對人的傷害37.5操作設(shè)備損壞1%死亡（10s）100%死亡（1min）續(xù)表1.1熱輻射強度kW/m2對設(shè)備的損壞對人的傷害21.0在無火焰，長時間輻射下木材燃燒的最小能量重大燒傷（10s）100%死亡（1min）12.5有火焰時，木材燃燒及塑料熔化的最低能量1度燒傷（10s）1%死亡（1min）（2）沖擊波超壓傷害準(zhǔn)則當(dāng)天然氣泄漏氣體云團達(dá)到爆炸濃度，遇到點火源就會發(fā)生爆炸，天然氣爆炸的傷害形式是沖擊波超壓。死亡半徑是指外圓周處人員因沖擊波作用導(dǎo)致肺出血而死亡的概率為50%；重傷半徑是指外圓周處人員因沖擊波作用耳膜破裂的概率為50%；輕傷平徑是指外圓周處人員因沖擊波作用耳膜破裂的概率為1%。中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院根據(jù)中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院的研究成果，爆炸超壓對人員的傷害閾值標(biāo)準(zhǔn)如表1.2所示。表1.2沖擊波超壓傷害閾值標(biāo)準(zhǔn)Table1.2Thresholdcriteriaforshockwaveoverpressuredamage沖擊波超壓（MPa）對人員的傷害0.14死亡區(qū)，外圓周處人員因沖擊波作用導(dǎo)致肺出血死亡的概率為50%0.044重傷區(qū)，外邊界處人員耳膜因沖擊波作用破裂的概率為50%0.017輕傷區(qū)，外邊界處人員耳膜因沖擊波作用破裂的概率為1%沖擊波超壓對建筑的破壞閾值一般為34.5~48.2kpa，本文取44kpa。1.2模擬方案與參數(shù)設(shè)置1.2.1模擬方案（1）模擬流程本文主要利用ALOHA模擬天然氣泄漏事故的噴射火和氣云爆炸產(chǎn)生的危害區(qū)域，其主要模擬流程如下：=1\*GB3①設(shè)定泄漏點的地理位置、泄漏時間、建筑物參數(shù)；=2\*GB3②選擇代表性泄漏物質(zhì)；=3\*GB3③設(shè)置泄漏點的環(huán)境參數(shù)，包括日照強度、環(huán)境風(fēng)速、溫度以及地面粗糙程度。=4\*GB3④選擇泄漏類型，設(shè)置管道參數(shù)（管徑、長度、壓力、溫度、粗糙度），泄漏參數(shù)（口徑）=5\*GB3⑤選擇事故后果類型，設(shè)定傷害閾值、點燃條件進(jìn)行模擬。通過改變各種影響因素的參數(shù)，可以分析出泄漏燃燒爆炸傷害范圍的變化趨勢，從而對壓氣站的整體安全狀況和事故應(yīng)急救援提供準(zhǔn)確的技術(shù)依據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬過程中，事故后果影響范圍主要受泄漏孔徑、泄漏流速等因素影響。（2）噴射火模擬方案由于噴射火主要與泄漏孔徑和泄漏速率相關(guān)性大，本章根據(jù)第4章確定的危險工況點泄漏速率32kg/s、泄漏孔徑100mm和泄漏速率65kg/s、泄漏孔徑165mm進(jìn)行模擬分析。由于壓氣站管道尺寸有多種，這里選取代表性的2種，分別為：小尺寸直徑0.6m和大尺寸直徑1m。天然氣管道高壓容器（工作壓力10MPa左右）當(dāng)泄漏發(fā)生時就被點燃會形成噴射火，其傷害范圍可用熱輻射半徑來表示，選取表1.1中所列的37.5kW/m2、21.0kW/m2和12.5kW/m2三種熱輻射強度建立噴射火傷害模型。（3）爆炸模擬方案=1\*GB3①小孔徑泄漏是壓氣站常見的泄漏尺寸類型，本文將對常見的小孔徑泄漏爆炸沖擊波傷害半徑進(jìn)行模擬分析。=2\*GB3②對第4章確定的5個危險程度高的工況點（工況點5、6、8、11和12）構(gòu)建爆炸模型，模擬各危險工況點的爆炸沖擊波傷害半徑。考慮沖擊波疊加效應(yīng)，此處模擬的爆炸為連鎖爆炸。1.2.2參數(shù)設(shè)置（1）環(huán)境參數(shù)大氣穩(wěn)定度通常采用Pasquill分類方法確定，大氣穩(wěn)定度分為A、B、C、D、E和F六類，烏魯木齊壓氣站環(huán)境參數(shù)如表1.3所示。表1.3烏魯木齊壓氣站環(huán)境參數(shù)Table1.3EnvironmentalparametersofUrumqiCompressorStation風(fēng)速（m/s）環(huán)境溫度（℃）濕度云量大氣穩(wěn)定度23030%25%白天C，夜晚D（2）噴射火模型參數(shù)本文對兩組危險工況點進(jìn)行噴射火事故模擬，工作壓力設(shè)為9.5MPa，壓氣站管道粗糙程度為光滑，管道溫度主要為30℃左右，取30℃。=1\*GB3①泄漏速率32kg/s、泄漏孔徑100mm；=2\*GB3②泄漏速率65kg/s、泄漏孔徑200mm。（3）爆炸模型參數(shù)小孔徑泄漏選取10mm為代表孔徑，工作壓力設(shè)為9.5MPa，壓氣站管道粗糙程度為光滑，管道溫度取30℃。5個危險工況點參數(shù)設(shè)定如表1.4所示。表1.4危險工況點參數(shù)Table1.4Dangerousconditionspointparameters工況點Q9（m3）管徑（cm）相態(tài)53589.780氣態(tài)65998.3780氣態(tài)81015980氣態(tài)111315780氣態(tài)121315780氣態(tài)1.2.3沖擊波疊加效應(yīng)分析由于爆炸沖擊波具有疊加性，首次點火爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓與爆炸引起的連鎖爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓數(shù)值差距較大，沖擊波疊加原理如圖1.5所示。理想模型為相同強度的爆炸沖擊波，可以近似將兩沖擊波的正面碰撞看作是爆炸沖擊波在剛性壁面上的反射。圖1.2沖擊波相互作用模型Fig.1.2Shockwaveinteractionmodel第一波爆炸產(chǎn)生的超壓能否使傷害范圍內(nèi)的其他管道、閥門等器件破壞，繼而造成連鎖爆炸，要根據(jù)相關(guān)破壞閾值計算，本文采用國外學(xué)者ValerioCozzani等人的研究成果，沖擊波多米諾效應(yīng)閾值如表1.5所示。表1.5沖擊波多米諾效應(yīng)閾值Table1.5Thresholdofdominoeffectofshockwave事故場景破壞方式設(shè)備類型閾值常壓容器22kpa爆炸沖擊波超壓壓力容器16kpa長型設(shè)備31kpa小型設(shè)備37kpa由于壓氣站管道設(shè)備沒有具體的沖擊波超壓破壞閾值，本文以壓力容器16kpa為破壞閾值進(jìn)行分析，下面以10mm泄漏尺寸模擬閥門等組件泄漏產(chǎn)生的第一波沖擊波超壓破壞效應(yīng),結(jié)果如圖。圖1.3小孔徑泄漏第一波沖擊波破壞范圍（d=80mm）Fig.1.3Damagerangeofthefirstwaveofsmallapertureleakage(d=80mm)分析上圖可得，根據(jù)事故多米諾效應(yīng)的閾值，可以確定第一波爆破沖擊波超壓能夠引起周圍管道、閥門等組件的破壞，為二次爆炸提供了可能性，下面將建立考慮連鎖爆炸的爆炸后果模型。1.3噴射火模擬后果與討論（1）泄漏速率32kg/s、直徑1m,熱輻射傷害半徑如圖1.4所示。圖1.4泄漏速率32kg/s條件下熱輻射傷害半徑（d=1m）Fig.1.4Radiusofthermalradiationdamageundertheconditionofleakagerateof32kg/s(d=1m)如圖1.4所示，q≥37.5KW/m2區(qū)域的影響半徑約為36m，q≥25KW/m2區(qū)域的影響半徑約為44m，q≥12.5KW/m2區(qū)域的影響半徑約為62m。此條件下噴射火熱輻射致死最遠(yuǎn)影響距離約為36m，操作設(shè)備損壞距離最遠(yuǎn)約為36m。（2）泄漏速率32kg/s、直徑0.6m,熱輻射傷害半徑如圖1.5所示。圖1.5泄漏速率32kg/s條件下熱輻射傷害半徑（d=0.6m）Fig.1.5Radiusofthermalradiationdamageundertheconditionofleakagerateof32kg/s(d=0.6m)如圖1.3所示，q≥37.5KW/m2區(qū)域的影響半徑約為34m，q≥25KW/m2區(qū)域的影響半徑約為41m，q≥12.5KW/m2區(qū)域的影響半徑約為58m。此條件下噴射火熱輻射致死最遠(yuǎn)影響距離約為36m，操作設(shè)備損壞距離最遠(yuǎn)約為36m。分析圖1.4和圖1.5可知，不同尺寸管道泄漏噴射火產(chǎn)生的輻射強度差別極小，所以接下來只模擬同一尺寸管道泄漏的噴射火熱輻射影響范圍。（2）泄漏速率65kg/s，熱輻射傷害半徑如圖1.6所示。圖1.6泄漏速率65kg/s條件下熱輻射傷害半徑Fig.1.6Radiusofthermalradiationdamageundertheconditionofleakagerateof65kg/s如圖1.6所示，q≥37.5KW/m2區(qū)域的影響半徑約為58m，q≥25KW/m2區(qū)域的影響半徑約為72m，q≥12.5KW/m2區(qū)域的影響半徑約為101m。此條件下噴射火熱輻射致死最遠(yuǎn)影響距離約為58m，操作設(shè)備損壞距離最遠(yuǎn)約為58m。總結(jié)本節(jié)可知，泄漏速率65kg/s條件下的噴射火事故后果更嚴(yán)重，噴射火熱輻射受風(fēng)向影響很小。1.4爆炸模擬后果與討論1.4.1常見小孔徑泄漏連鎖爆炸后果模型分析10mm泄漏尺寸爆炸沖擊波傷害半徑如圖1.7所示。圖1.710mm泄漏孔徑爆炸沖擊波傷害半徑Fig.1.7Shockwavedamageradiusof10mmleakageaperture分析上圖可得：死亡區(qū)域P≥0.14MPa最遠(yuǎn)處約為61m；重傷區(qū)域p≥0.044MPa最遠(yuǎn)處約為73m；輕傷區(qū)域P≥0.017MPa最遠(yuǎn)距離約為97m；建筑物全部破壞距離約為73m。壓縮機房是壓氣站主要的受限空間，以壓縮機房為例，模擬發(fā)生較小孔徑連鎖爆炸時的沖擊波超壓傷害區(qū)域，如圖1.8所示。由于壓氣站地處戈壁灘，無法獲得衛(wèi)星云圖，下面使用根據(jù)現(xiàn)場布置圖繪制的平面圖演示10mm泄漏條件下，沖擊波超壓傷害半徑。圖1.810mm泄漏孔徑下爆炸沖擊波超壓傷害半徑Fig.1.8Overpressuredamageradiusofblastwaveat10mmleakaperture分析上圖可得：小孔徑泄漏條件下連鎖爆炸沖擊波超壓的死亡重傷半徑主要集中在壓縮機房周圍，且其多米諾半徑可以影響到周圍單元，很可能導(dǎo)致冷卻單元附件管道破裂，從而引起事故升級。壓氣站的工作壓力為10MPa左右，選取9.5MPa~12MPa進(jìn)行模擬沖擊爆炸超壓的事故傷害半徑如表。表1.6不同工作壓力對沖擊波超壓傷害半徑的影響Table1.6Influenceofdifferentworkingpressuresondamageradiusofshockwaveoverpressure工作壓力（MPa）死亡半徑（m）重傷半徑（m）輕傷半徑（m）9.561739810637510110.5647710311667910611.56780108126882112將上述數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖所示。圖1.9不同工作壓力對沖擊波超壓傷害半徑的影響圖Fig.1.9Theinfluenceofdifferentworkingpressuresonthedamageradiusofshockwaveoverpressure分析上圖可得，爆炸沖擊波多米諾半徑隨工作壓力的增加而增加，但受工作壓力的影響很小。1.4.2危險工況點泄漏連鎖爆炸后果模型分析（1）工況點5爆炸沖擊波傷害半徑如圖1.10所示。圖1.10工況點5爆炸沖擊波傷害半徑Fig.1.10Damageradiusofblastwaveinworkingconditionpoint5分析上圖可得：死亡區(qū)域P≥0.14MPa最遠(yuǎn)處約為2.5km；重傷區(qū)域p≥0.044MPa最遠(yuǎn)處約為2.5km；輕傷區(qū)域P≥0.017MPa最遠(yuǎn)距離約為2.7km；建筑物全部破壞距離約為2.5km。（2）工況點6爆炸沖擊波傷害半徑如圖1.11所示。圖1.11工況點6爆炸沖擊波傷害半徑Fig.1.11Damageradiusofblastwaveinworkingconditionpoint6分析上圖可得：死亡區(qū)域P≥0.14MPa最遠(yuǎn)處約為3.0km；重傷區(qū)域p≥0.044MPa最遠(yuǎn)處約為3.1km；輕傷區(qū)域P≥0.017MPa最遠(yuǎn)距離約為3.3km；建筑物全部破壞距離約為3.1km。（3）工況點8爆炸沖擊波傷害半徑如圖1.12所示。圖1.12工況點8爆炸沖擊波傷害半徑Fig.1.12Damageradiusofblastwaveinworkingconditionpoint8分析上圖可得：死亡區(qū)域P≥0.14MPa最遠(yuǎn)處約為3.8km；重傷區(qū)域p≥0.044MPa最遠(yuǎn)處約為3.9km；輕傷區(qū)域P≥0.017MPa最遠(yuǎn)距離約為4.1km；建筑物全部破壞距離約為3.9km。（4）工況點11爆炸沖擊波傷害半徑如圖1.13所示。圖1.13工況點11爆炸沖擊波傷害半徑Fig.1.13Damageradiusofblastwaveinworkingconditionpoint11分析上圖可得：死亡區(qū)域P≥0.14MPa最遠(yuǎn)處約為4.3km；重傷區(qū)域p≥0.044MPa最遠(yuǎn)處約為4.3km；輕傷區(qū)域P≥0.017MPa最遠(yuǎn)距離約為4.6km；建筑物全部破壞距離約為4.3km。（5）工況點12爆炸沖擊波傷害半徑如圖1.14所示。圖1.14工況點12爆炸沖擊波傷害半徑Fig.1.14Damageradiusofblastwaveinworkingconditionpoint12分析上圖可得：死亡區(qū)域P≥0.14MPa最遠(yuǎn)處約為2.2km；重傷區(qū)域p≥0.044MPa最遠(yuǎn)處約為2.2km；輕傷區(qū)域P≥0.017MPa最遠(yuǎn)距離約為2.4km；建筑物全部破壞距離約為2.2km。分析圖1.10~1.14可知危險工況點由于ER值接近1且泄漏氣體量大，所造成的事故傷害半徑很大。烏魯木齊壓氣站長約500m，寬約350m,故認(rèn)為當(dāng)危險工況點發(fā)生嚴(yán)重爆炸事故時，沖擊波死亡半徑將覆蓋整個壓氣站場。1.5安全防范措施由本章分析可知，一旦發(fā)生嚴(yán)重天然氣泄漏事故，將造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟損失。從第三章分析可知導(dǎo)致天然氣泄漏的主要原因是管件失效和人為誤操作，結(jié)合第4章分析可知，天然氣因其理化性質(zhì)導(dǎo)致在泄漏后能夠快速擴散，并形成集聚云團，為人員窒息和火災(zāi)爆炸事故埋下隱患。因此，天然氣管道及設(shè)備的檢修和日常保養(yǎng)工作顯得格外重要，同時還要做好應(yīng)急疏散等計劃。本文結(jié)合烏魯木齊壓氣站泄漏致因分析、擴散規(guī)律及事故后果數(shù)值模擬結(jié)果，提出應(yīng)急疏散、救護建議措施以及日常安全管理建議。1.1.1應(yīng)急疏散措施（1）管道泄漏應(yīng)急疏散措施通過事故致因分析可知，物件失效及認(rèn)為破壞都可能導(dǎo)致管道系統(tǒng)的閥門、法蘭等出發(fā)生泄漏。通過建立數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，烏魯木齊壓氣站天然氣泄漏擴散的最遠(yuǎn)距離約103m，且易在障礙物處形成集聚。天然氣擴散受風(fēng)向、風(fēng)速、障礙物影響和泄漏速率等因素的影響，集聚后易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。本文根據(jù)模擬分析，提出以下應(yīng)急疏散措施：=1\*GB3①管道常見于室外，由于天然氣擴散受風(fēng)向影響較大，所以，泄漏位置下風(fēng)向人員應(yīng)優(yōu)先撤離。站場可設(shè)置風(fēng)向牌，在應(yīng)急時候可作為人員逃生的指導(dǎo)標(biāo)志。=2\*GB3②從天然氣泄漏擴散規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)泄漏的天然氣遇到障礙物時，易形成可燃?xì)庠疲菀桩a(chǎn)生火炸爆炸。從事故后果模擬可以分析出不同工況下的事故后果嚴(yán)重度。現(xiàn)場人員應(yīng)充分利用SCADA等監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)掌握的泄漏情況以及ALOHA的模擬結(jié)果，及時將人員撤離危險區(qū)域。（2）壓縮機房泄漏應(yīng)急疏散措施壓縮機組是壓縮機房發(fā)生氣體泄漏最常見的設(shè)備，對壓縮機泄漏建立了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)泄漏速率為32kg/s、65kg/s工況條件下，天然氣泄漏擴散能夠在短時間充滿整個壓縮機房，并可能從窗口往外泄漏形成可燃?xì)庠?，距離窗口約0.8m。在天然氣泄漏速率較大情況下，可在壓縮機房內(nèi)形成較大濃度的氣云，可能造成人員窒息，因此提出以下應(yīng)急疏散措施：=1\*GB3①由于壓縮機房的封閉性，泄漏天然氣易形成可燃?xì)庠坪透邼舛葏^(qū)域，因此，在關(guān)鍵區(qū)域應(yīng)加密氣體濃度感應(yīng)器布置并配備聲、光報警，保證氣體泄漏發(fā)現(xiàn)的及時性，方便處理及人員撤離。=2\*GB3②通過壓縮機泄漏擴散規(guī)律可知，壓縮機房泄漏后5秒內(nèi)即可集聚大量可燃?xì)庠?，危險性很大。所以，建議在壓縮機房工作狀態(tài)下加大通風(fēng)；同時在相隔一定距離內(nèi)配備呼吸面罩，方便人員取用。保證發(fā)生大尺寸天然氣泄漏時，人員不會窒息。=3\*GB3③根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓縮機房天然氣泄漏較嚴(yán)重時，天然氣會從窗口往外蔓延。由于現(xiàn)場窗口設(shè)置在南北方向，所以，建議人員沿東西方向逃離，并避開下風(fēng)側(cè)方向。1.1.2安全管理措施通過天然氣泄漏致因分析可知，導(dǎo)致壓氣站天然氣泄漏的主要原因是管道及部件失效和人為破壞。本文針對原因提出一些安全管理措施，具體的一些措施如下：（1）加大員工的教育培訓(xùn)，強化安全意識由作業(yè)風(fēng)險分析可知，員工的不安全行為是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接因素