液化气泄漏导致燃爆事故分析

1、液化气泄漏导致燃爆事故分析1情况描述近日，某居民区液化气地下管线所在巷道发生燃爆事故。事故勘察发现液化 气输运管线存在泄漏。工况描述如下：液化气主要介质为丙烷，输送压力为370 mm水柱。管道内径为80 mm。泄漏口径大小未知。工况如下：(1)管道所处的巷道为23mxi的空间，空间非密闭，泄漏介质 可以传至外部空间；(2)内压80mm的管道置于巷道底部，并以370mm水柱的压力将丙烷介 质向外扩散；(3)泄漏口假设为圆形，位于泄漏管线上部，即丙烷向上部泄漏。下面分析泄漏引起的燃爆区域大小以及燃爆强度。2气体泄漏量理论计算假设气体为理想气体，那么根据伯努利方程推导得到的不同孔径下的泄漏量计 算公

2、式计算如下：qm=S5.8C-A-P(1)I 2叵C = 0.7070Jk(尸(2)V k + 1式中：qm：燃气泄漏的质量流量，kg/h；A：泄漏口面积，mm2；Pi：管道内可燃气体的压强，MPa；M：泄漏燃气的分子量，kg/kmol；T：泄漏燃气的温度，K；k：气体绝热指数，单原子气体取0.66,双原子气体取1.4,多原子气 体取1.29；对此工况下的丙烷气体，61.29,故0=0.47。 Pi=0.00364MPa, M=44 kg/kmol, 7283K, Z=l。那么不同泄漏口径d下，丙烷气体的泄漏质量流量如计算如表1所示。表1不同泄漏孔径下丙烷泄漏质量流量d/mm151015如/k

3、gs8.2 X10-60.0002050.0008210.001853泄漏扩散形态依据上述工况，建立丙烷泄漏扩散模型，当泄漏孔径分别为5mm、10mm时, 丙烷泄漏形成的可燃区域形态如图1、2所示。9.50e-029.13e-028.76e-028.39e-028.02e-027.65e-027.28e-026.91 e-026.54e-026.17e-025.80e-025.43e-025.06e-024.69e-024.32e-023.95e-023.58e-023.21e-022.84e-022.47e-022.10e-02Contours of Mole fraction of c3h

4、8Contours of Mole fraction of c3h8Nov 08, 2012FLUENT 6.3 (3d, pbns, spe, rke)图1泄漏孔径5mm时丙烷泄漏云图9.50e-029.13e-028.76e-028.39e-028.02e-027.65e-027.28e-026.91e-026.54e-026.17e-025.80e-025.43e-025.06e-024.69e-024.32e-023.95e-023.58e-023.21 e-022.84e-022.47e-022.10e-02Contours of Mole fraction of c3h8Conto

5、urs of Mole fraction of c3h8Nov 07. 2012FLUENT 6.3 (3d. pbns, spe. rke)图2泄漏孔径10mm时丙烷泄漏云图可以看到，丙烷至泄漏口呈现喷出的状态，并向上形成柱形蘑菇云，到达 顶面后，沿顶面向四周扩散（如图1）。当丙烷在宽度方向上到达巷道两侧时， 由于比空气重，因此要下沉。由于长度方向上丙烷可以扩散出去，因此在出口 处丙烷浓度不处于爆炸界限内。4爆炸能量计算4. 1 TNT当量假设泄漏出来的气体爆炸时爆炸威力等效为一爆心处爆炸的TNT,那么爆心 处的TNT当量可以计算得到。采用TNT当量法计算可燃气体爆炸能量，如下：Q = VI

6、/1H/4180(3)式中：。：TNT当量，kg；e：爆炸系数，取0.06；i： TNT转化系数,取0.064；Hz可燃气体热值，对丙烷，Hi=95650kJ/m3；W：气体泄漏量，kg；泄漏的气体均存于巷道内，且空气量充分，即泄放出的气体在遇到点火源均 能够爆炸，那么泄漏处的气体全部参与爆炸。假设泄漏时间为那么皿=m，带入上式得：Q = qm-t-0.06 0.064 95650 / 4180 = 0.088-qm-t由于m与泄漏孔径有关，因此TNT当量Q与泄漏孔径d、泄漏时间1有关。(1 )泄漏孔径为1mm当泄漏孔径为1mm时，随着时间的增加，TNT当量变化如图3所示。图3泄漏孔径为1mm

7、, TNT当量随泄漏时间变化(2)泄漏孔径为5mm当泄漏孔径为5mm时，随着时间，的增加，TNT当量变化如图4所示。0.48 6 4 2 1 8 6 1 dx 1 dx o Og、*汕 1N11015202530t/h图4泄漏孔径为5mm, TNT当量随泄漏时间变化(3)泄漏孔径为10mm当泄漏孔径为10mm时，随着泄漏时间，的增加，TNT当量如图5所示。6 5 4 3g、*沏 1N10051015202530t/h图5 泄漏孔径为10mm, TNT当量随泄漏时间变化(4)泄漏孔径为15mm当泄漏孔径为15mm时，随着泄漏时间t的增加，TNT当量如图6所示。3.53 5 2 5 12.L,*秋

8、 N13 5 2 5 12.L,*秋 N10.5 Q IIIIII图6 泄漏孔径为15mm, TNT当量随泄漏时间变化根据现场描述，从开始泄漏到燃气阀门关闭经历3h,然后又经历lh发生了 闪爆。以此，泄漏时间应该为3h。不同泄放孔径下泄漏3h后的TNT当量如表2 所示。表2不同泄漏孔径下泄漏3h后的TNT当量d /mm151015TNT当量/ kg0.010.190.781.754.2爆炸冲击波超压根据文献WP76,爆炸效应的强弱取决于爆炸过程中所产生的冲击波压力的 大小，且与爆炸中心的距离不同，爆炸所产生的能量不同。距离爆炸中心R处 冲击波压力Ap计算如下：p = /q *100(4)式中：

9、距离爆心R处爆炸波超压，kPa；R：距离爆心距离，m：r：等效距离，m/kgi/3；2： TNT 当量，kg；ki、k2：拟合参数,ki=6.9064, k2=-1.9673o(1)泄放口径为1mm时，TNT当量为0.01kg,随着距离R增加，爆炸超压如图7所示:图7超压随距离R变化(2)泄放口径为5mm时，TNT当量为0.19kg,随着距离R增加，爆炸超压 如图8所示：2502001501005000123456距爆心距离R/m图8超压随距离R变化(3)泄放口径为10mm时，TNT当量为0.78kg,随着距离R增加，爆炸超压 如图9所示：600001234距爆心距离R/m56o o o o

10、O o o o o O5 4 3 2 1Ed*/月田段图9超压随距离R变化(4)泄放口径为15mm时，TNT当量为1.75kg,随着距禺R增加，爆炸超压 如图10所示：900800700学/ dl昌学/ dl昌600500400300200100 00123456距爆心距离R /m图10超压随距离R变化根据文献，不同冲击波压力对建筑的破坏效应如表3：表3冲击波超压作用效果冲击波压力/kPa200-300100-20070-100冲击波破坏效应大型钢架夹头构筑物被损坏 房屋倒塌，防震钢筋混凝土被破坏 砖墙建筑物墙体倒塌60-7040-5020-3015-206-105-6木接头建筑物的柱被折断、屋架松动 屋瓦震落，墙面出现大的裂缝 墙体出现裂缝窗柜损坏受压面的门窗和玻璃基本完全破裂 玻璃窗及门窗局部被损坏4.3结果说明（1）计算超压的公式（4）为实验拟合公式，系数需要通过实验拟合得到， 本文在计算时参考了文献中计算甲烷的拟合系数，未开展实验测试，因此结果仅 可供参考。（2）在利用TNT当量对可燃气体换算超压值时，公式（5）并未考虑实际中 可燃气体爆炸的最大超压。如丙烷最大爆炸压力接近0