摘要：分析了导致天然气调压站泄漏造成火灾、爆炸的危险因素，遵循安全评价中事故最大化原则，以蒸气云爆炸为模型，对天然气泄漏火灾、爆炸的灾害后果进行了定量分析。在泄漏面积为1mm²的情况下，即使泄漏持续5min，四级损伤半径会达到6.62m。在工程的设计、施工及运行管理阶段要制定有针对性的安全措施并严格执行。

关键词：调压站；泄漏；火灾；爆炸；安全评价
    调压站是天然气输配系统的重要组成部分，其安全运营是天然气稳定供应的重要保证。由于调压站内设备繁杂，且天然气运行压力较高，一旦燃气发生泄漏，易造成火灾、爆炸或中毒等事故^[1、2]。本文对天然气调压站存在的安全问题进行分析，提出有效的防范措施，消除安全隐患，从而确保城市燃气安全、平稳供应。

   天然气是易燃易爆的物质，属于甲类火灾危险性物质^[3]。天然气泄漏后，极易扩散到空气中，形成蒸气云，遇火源或高温热源极易发生爆炸。此外，天然气为烃类混合物，虽然毒性较低，但长期接触也可出现神经衰弱综合症，危害人体健康。

   调压器是调压站的主要设备，其功能是根据燃气的需要情况将燃气调至不同压力，实现稳定输送^[4]。由于设备及管道材质的问题、施工不当、运行管理不到位等原因，均会造成燃气泄漏，引起火灾、爆炸等安全事故^[5～7]。

   ① 设备及管道材质问题

   调压器的工作压力较高，要求设备和管道的材质满足强度要求。在设计及选型过程中，如果对设备和管道规格、材质要求不合理，必将对后继过程产生严重影响，造成安全隐患。

   ② 施工质量问题

   施工质量不仅与系统的使用寿命、经济效益紧密相关，而且关系到系统的运行安全。施工质量的影响因素主要有施工现场管道焊接质量不合格、设备安装存在缺陷。

    ③ 运行管理问题

    a. 设备超压

    为保证调压器稳定运行，必须时刻监测调压设备进出口燃气压力，一旦出现超压情况，不仅会损害调压器，甚至会危及站区和管网的运行安全。调压设备超压受以下几个方面影响：上游来气压力升高，进口压力表出现故障而未能及时显示；调压器运行过程中安全阀失效，致使超压燃气无法放散；运行过程中人员操作失误等。超压爆炸虽然属于物理爆炸，但爆炸后引起的燃气泄漏极易引发后继的火灾、爆炸。

    b. 天然气泄漏与爆炸

    设备、管道被腐蚀，密封件失效，仪器、仪表故障，人为误操作，外界干扰等均是造成燃气泄漏的因素。泄漏燃气遇到站区内火源如施工动火、雷电、静电火花等，易被引燃，发生爆炸。

    通过对危险有害源辨识可知，由天然气泄漏导致的火灾、爆炸事故是影响面最广、发展最迅速、后果最严重的燃气事故之一。

    天然气爆炸事故大多是由天然气泄漏后遇到点火源而形成。事故引起损失的大小与天然气的泄漏量和泄漏点附近的人员、财物分布有关。

    燃气泄漏后造成的最不利后果是形成蒸气云爆炸。本文遵循事故最大化原则，对天然气爆炸事故进行模拟并对后果进行评价。

   蒸气云爆炸(Vapor Cloud Explosion，VCE)是由于气体或易于挥发的液体燃料的大量快速泄漏，与周围空气混合形成覆盖范围很大的“预混云”，在某一有限空间遇点火源而导致的爆炸。导致蒸气云爆炸必须具备可燃气体泄漏并与周围空气预混、延迟点火、有限空间等条件。

    造成天然气泄漏的原因有多种，如阀门、法兰密封件失效，管道、储罐腐蚀及疲劳失效，燃气超压外溢等。考虑燃气泄漏的最不利条件，进行天然气泄漏量计算，先作以下几点假设：泄漏面积为1.0mm²圆形孔洞；泄漏时管道内绝对压力为1.7MPa；大气绝对压力为101.325kPa；温度为25℃；从开始泄漏到发生爆炸的时间分别为5min、10min、30min、1h、6h、12h。

   ① 天然气泄漏时流动状态判断

满足式(1)时，流动属于音速流。

 

式中p₀——大气绝对压力，Pa

    p——管道内天然气绝对压力，Pa

    κ——天然气等熵指数，取1.316

满足式(2)时，流动属于亚音速流。

 

经济算得：

 

    根据式(1)，气体泄漏属于音速流。

    ② 天然气泄漏量计算

音速流的泄漏量可采用下式计算^[8]：

 

式中q_m——天然气泄漏质量流量，kg/s

    C_dg——气体泄漏系数，圆形裂口取1

    A——裂口面积，mm²

    M——天然气摩尔质量，kg/mol，取0.016kg/mol

    R——摩尔气体常数，J/(mol·K)，取8.314J/(mol·K)

    T——天然气温度，K，取298K

    m=q_mt    (4)

式中m——t时间内天然气泄漏量，kg

    f——天然气泄漏持续时间，s