【word】 蒸气云爆炸伤害模型在输送天然气长输管道安全评价上的应用

蒸气云爆炸伤害模型在输送天然气长输管道安全评价上的应用0曼化工安全与环境2011年第6期蒸气云爆炸伤害模型在输送天然气长安全评价上的应用输管道薛红沈阳万益安全科技有限公司张振秀呼伦贝尔市安全生产监督管理局管道运输是五大运输方式(铁路运输,公路运输,水路运输,航空运输,管道运输)之一,其主要的特点是经济,安全和不间断.我国输气管道的建设在”十五”期间得到迅猛发展,并且建设大管径,高压输送的管道成为趋势,比如我国在2008年开始建设的西气东输二线主干线管径为1219mm,输送压力为12MPa,那么管道运输的安全就尤为重要了.由于输气管道在运营过程中本身输送介质所具有的易燃易爆性,输送工艺又存在着不安全的环节,管道的腐蚀危害,设计与施工缺陷,第三方损伤,自然灾害,材料及设备缺陷,错误操作等均可能引起天然气泄漏,导致管道发生事故.下面以某输气管道为例,用蒸气云爆炸伤害模型对其进行分析.例:一段输送天然气的长输管道,全长300kin,管道设计压力为6.3MPa,主干线设计压力为4MPa,支线在2.8～3MPa.日输量为1200万Nm.泄漏持续时间假定为10rain.泄漏事故按小型泄漏事故:泄漏孔径为20ram;中型泄漏事故:泄漏孔径为80ram考虑.一,蒸气云爆炸伤害半径爆炸性气体泄漏到空气中时遇到火源,则可能发生蒸气云爆炸.根据荷兰应用科研院建议,可按下式预测蒸气云爆炸的冲击波损害半径:R=C(Ⅳ?)式中:R——损害半径,m;E——爆炸能量,kJ,可按公式E=VH计算;参与反应的可燃气体的体积,m;日——可燃气体的高燃烧热值,kJ/m;Ⅳ——效率因子,其值与燃烧浓度持续展开所造成损耗的比例和燃料燃烧所得机械能的数量有关,一般取N=10%;c——经验常数,取决于损害等级,其取值见表1.表l损害等级表损害等级C设备损坏人员伤害1%死亡于肺部伤害1O.03重创建筑物的加工设备>50%耳膜破裂>50%被碎片击伤损坏建筑物外表可I%耳膜破裂20.O6修复性破坏1%被碎片击伤3O.15玻璃破碎被碎玻璃击伤4O.410%玻璃破碎?8?二,管道气体泄漏模型该工程输气压力较高,一旦发生管道泄漏,泄漏出的天然气可能对人员造成窒息或中毒.若泄漏出的天然气浓度达到爆炸极限,遇火源发生火灾,爆炸,可能造成更为严重的人员伤亡和财产损失.以下将根据气体的泄漏模型确定天然气管道的气体泄漏量.1.气体流动状态本项目管道设计压力为6.3MPa,满足公式的要求.P,2-,u≤I)因此管道中天然气泄漏时的气体流动属于音速流动.2.泄漏事故情景(1)泄漏压力该工程天然气管线设计压力为6.3MPa,但根据本工程特点,实际运行压力在6MPa,4MPa,3MPa左右,因此分别选取6MPa,4.0MPa,3MPa情况进行模拟计算.(2)泄漏持续时间在管道运行中,由于采取了压力和流量检测与控制,设置紧急截断阀等措施,泄漏持续时间一般较短,本评价将泄漏持续时间假定为10rain.(3)泄漏事故规模根据以往事故案例统计和分析结果可知,在外部干扰引起的事故中,管道泄漏表现形式多为孔洞型泄漏,即缺陷直径大于2cm的泄漏,占外部干扰事故总数的56.7%.同时,随着制造,加工工艺技术的提高以及管道管径,壁厚和埋深的增加,管线完全断裂的可能性很小,因此将可能发生的泄漏事故规模划分为两级:小型泄漏事故:泄漏孔径为20ram;中型泄漏事故:泄漏孔径为80ram.由此确定的2种泄漏事故情景构成见表2.表2输气管道天然气泄漏事故情景选取管道压力泄漏规模和L径(mm)泄漏持续时序号泄漏方式(MPa)小型中型(rain)16.O连续泄漏2O8O1024.0连续泄漏2O8O1O33.0连续泄漏2080l03.泄漏速率与泄漏量模拟计算根据气体泄漏公式进行模拟计算,计算结果如表3所示.--CHEMICALSAFETY&ENVIRONMEN丁⑩——化工安全与环境2011年第6期受全辩表3输气管道天然气泄漏速率及泄漏量(10min)运行压力泄漏孔径泄漏速率泄漏量(MPa)(m珊)(kg/s)(￡)20O.22O.136.0803.652.19200.I50.0940802.431.4620O.114O.073.O801.821.O9显而易见,天然气的泄漏速率和泄漏量随气体压力和泄漏孔径的增加而增加.如果管道在运行压力6.0MPa时泄漏,泄漏孔径为80ram时,天然气在10min内的泄漏量将达到2.19t,大量的天然气泄漏到空气中,不仅会造成大量气体损失,更为严重的是为火灾爆炸事故埋下隐患.三,蒸气云爆炸的冲击波伤害,破坏半径天然气从管线内泄漏如果未被立即点燃,将扩散到空气中,当达到其爆炸极限范围时,点火即发生爆炸,造成大范围的伤害事故.1.可燃气体体积根据上节的计算结果,取10min内气体泄漏量的体积作为本模型的可燃气体体积,不同泄漏规模和运行压力下的可燃气体体积取值见表4.表4不同泄漏规模下的可燃气体体积泄漏遥仃压力10rain泄漏量气体体积高燃烧热值相对密度规模MPat103inkJ/m6.00.130.2320mm4.00.O90.163.OO.07O.130.5546398606.02.193.9580Inn4.01.462.633.O1.O91.972,事故后果模拟计算将各参数代入模型中计算可得出,一旦发生蒸气云爆炸事故,其破坏半径如表5所示.表5蒸气云爆炸的损害半径(m)运行压力损害等级泄漏规模1级2级3级4级MPa(0.03)(O.06)(0.15)(0.4)6.02.785.5713.9237.12损20ram4.O2.474.9412.3532.93害3.02.314.6211.5330.75坐径6.07.1214.2335.5894.87m80mill4.06.2212.4431.1l82.953.05.661l_3128.2875.4l从表5可以看出,当泄漏规模为20ram,运行压力6.0MPa时,在泄漏10rain后,遇点火源发生爆炸,周围2.?8m的范围内,损害等级将达到1级,即蒸气云爆炸的冲击波将会重创该半径范围内建筑物的加工设备,致使1%的人员死于肺部伤害,半数以上人员耳膜破裂或被碎片击伤,人员和设备均遭受严重的损害.当泄漏规模为80ram,运行压力6.0MPa时,1级损害等级的范围则扩大到泄漏点周围7.12m.随着管道运行压力的降低,各损害等级的损害半径也随之缩,_,0四,蒸气云爆炸能量TNT蒸气云爆炸的能量常用TNT当量描述,即将参与爆炸的可燃气体释放的能量折合为能释放相同能量的TNT炸药的量,这样,就可以利用有关TNT爆炸效应的实验数据预测蒸气云爆炸效应.本次采用此评价方法对上述模型计算的发生蒸气云爆炸的事故后果进行评价.假设:小型泄漏事故:泄漏孔径为20ram,压力6.0MPa,10rain泄漏量为130kg;中型泄漏事故:泄漏孔径为80ram,压力6.OMPa,lOmin泄漏量为2190kg.若管道因泄漏遇明火发生爆炸,TNT当量计算公式如下:W:~AWfqf(1)YTNT式中:WTNT——蒸气云的TNT当量,kg;卢——地面爆炸系数,取卢=1.8;A——蒸气云的TNT当量系数,A=0.04;——蒸气云中燃料的总质量;Q——燃料的燃烧热,39.8610kJ/m;Qm——TNT的爆热,Q=4.52MJ/kg.死亡半径R.计算如下:R.=13.6X(WTN/1000)0.37(2)1.TNT当量将以上数据代入公式1,可求得:泄漏孔径为20ram,压力6.0MPa,1Omin泄漏量为130kg,TNT当量W=146kg泄漏孔径为80ram,压力6.0MPa,10rain泄漏量为2190kg,TNT当量WⅢ=2460kg2.死亡半径R,经计算:TNT当量NT=I46kg时,R1=6.67mTNT当量1VⅢ=2460kg时,Rl=18.98m3.结果(1)当管道发生泄漏,泄漏孔径为20ram,压力6.OMPa,10min泄漏量为130kg,TNT当量W=146kg,死亡半径为6.67m.(2)当管道发生泄漏,泄漏孔径为80ram,压力6.OMPa,10rain泄漏量为2190kg,TNT当量TNT=2460kg,死亡半径为18.98nl.五,安全措施(1)设计单位在设计时应严格执行《石油天然气工程设计防火规范》,《输气管道工程设计规范》等国家标准,规范的要求.(下转第12页)--CHEMICALSAFETY&ENVIRONMEN下@——?9?三,煤化工企业职业卫生动态管理的效果1.改善了企业安全生产状况煤化工的安全技术装备水平持续提高,数字化,自动化,信息化在职业卫生管理中得到普遍应用,各类人身事故大幅度降低,非人身事故明显下降,无职业病发生,职业病事故的应急能力显着加强,职业健康安全进入了持续稳定发展的轨道.2.增强了企业整体素质经过实行职业卫生动态管理,国泰公司锻炼培养了一支具有现代工业文明品格,特别能战斗的干部职工队伍,各级领导管理水平和员工技术业务素质明显提高,树立起了”深严细实”的工作作风.3.提升了企业的社会形象经过实施职业卫生管理动态管理,国泰公司改变了煤化工企业脏,乱,差和现场跑,冒,滴,漏的状况,成为了一个花园式的企业.有了舒适的工作环境,员工的精神面貌焕然一新,都以在国泰公司工作为荣.企业在社会上的关注度,知名度和美誉度不断提高,国泰公司成为了职业卫生管理工作的示范企业.4.职业卫生动态管理的推广性国泰公司通过实施职业卫生动态管理,干部的责任加强了,员工的意识提高了.广大干部员工深刻的意识到:健康是生命与生存的需要,是生活与家庭的需要,管理与奖惩不是目的,目的是保护职工自身的安全和家庭幸福.以国泰公司现在的职业卫生管理状况来看,职业卫生动态管理工作完全可以在煤化工企业中推广实施.四,煤化工企业职业卫生动态管理跟踪与反馈1.职业卫生动态管理的跟踪职业卫生动态管理实行5年的时间,已形成标准化管理,各生产车间制定了符合本单位实际情况的职业卫生管理制度,现场基本杜绝了有毒有害物质泄漏,员工的自我防护意识大大增强,无职业病和疑似职业病发生.2.职业卫生动态管理意见反馈职业卫生动态管理经过5年的实施,虽然取得了一定的成绩,但依然存在一些问题.一是部分员工的自我防护意识还不是很强,进入产生职业病危害因素的区域不使用个体防护器材;二是现场就地式有毒气和可燃气报警仪的检修率较高;三是部分员工对于岗位配置的防护器材使用不熟练;四是质检中心受监测器材的限制,对于公司的职业病危害因素不能全面监测,部分监测项目必须委外才能进行监测.下一步工作将重点加强对员工的职业卫生知识培训,特别是防护设施和器材的使用;针对公司产生的职业危害因素购置监测设备,全面监测公司的职业危害因素,为公司的职业卫生管理提供可靠依据.口瓮福举办职业卫生和劳动保护培训何全基瓮福集团为预防和控制职业病危害,提高员工对职业卫生和劳动保护的认识,瓮福(集团)公司年前举办职业卫生知识和劳动保护技能培训,邀请北京专家为分管安全的领导和专职安全员40多入授课.随着瓮福精细磷化工产业不断扩大,员工接触或可能接触危害人体健康的物质越来越多,职业卫生和劳动保护工作愈显重要.斯博瑞安(中国)和美国3M公司的老师在培训课上,介绍了国外职业健康防护的经验,重点讲述操作过程中对人体防护的重要性,结合瓮福生产现场作业人员的工作习惯,有针对性地讲解了几种常用劳动防护用品和正确的使用方法,内容深入浅出,具有实用性,新颖性的特点,使受训人员提高了认识,只有做好职业病防治和劳动保护工作,切实保障劳动者身体健康,企业才能实现更好更快发展.口(上接第9页)(2)管道沿线要进行地震评估,地质灾害评估,以保证管道走向合理,避开不良工程地质段,符合规划要求.(3)由有资质的施工单位施工,监理单位监理.(4)管道在规划建设,运营期间的保护等应根据《中华人民共和国石油天然气管道保护法》,《安全生产法》,《生产经营单位生产安全事故应急救援预案编制导则》等国家法律,法规的相关内容,组建安全生产管理机构,人员,抢修队伍;制定符合本工程项目的安全生产责任制,安全管理制度,安全操作规程及事故应急救援预案;配备应急救援器材,及时演练并总结经验.对从业人员进行培训.(5)在管道的运营期要保证安全设施,特种设备等定期进行检测,特种作业人员及安全管理人员持证上岗.?12?(6)运营企业应加大沿线巡检力度,并积极向管道沿线的群众宣传管道安全运行知识和维护管理知识,动员群众协助管理好沿线的管道.(7)严禁管道两侧5m范围内取土,挖塘,建筑,种植深根植物等.(8)与沿线医疗,消防建立协助关系,以减轻事故损失及人员伤亡.六,讨论本次事故后果模拟采用的公式模型均来自《安全评价》(第三版).由于计算模型经过一定的简化,因此和工程实际有一定的偏差,本结果仅供大家参考.口——CHEMICALSAFETY&ENVlRONMEN——。