天然气管道泄漏爆炸动力效应研究及危险区域的划分

摘要

在环境与能源问题日益严峻的背景下[1]，城镇天然气管网在人们日常生活中的角色愈加重要[2]，给城镇居民和企业生产带来了巨大的便利。“星罗棋布”的天然气管网给人们的生产和生活带来了方便，但相应也带来了安全隐患，与城市燃气管道交错纵横相伴出现的是天然气泄漏爆炸的事故层出不穷[3]。天然气管网一旦发生泄漏，会在极短时间内迅速扩散，引发人员中毒、火灾、爆炸等事故的发生，造成重大的人员伤亡和财产损失，使人们的生活无法正常进行[4]。因此进行天然气管道泄漏爆炸动力效应研究及危险区域的划分对我国城市天然气管网的良性发展和防止事故发生具有重大的意义。
　　 本文通过现场调研，理论分析并结合计算机程序开发的方式对天然气管道泄漏爆炸动力效应进行了研究，并对危险区域进行了划分。首先阐述了天然气爆炸的基本理论[5]，归纳了气云爆炸的几种基本形式和破坏准则，分析了影响气云爆炸的因素，总结了气云爆炸的研究方法。以连续性方程、动量方程、能量方程、状态方程和本构方程为基础建立了天然气扩散泄露模型[6]，得到了划分天然气管道泄漏扩散危险区域的方法，结合实例计算出了最危险条件下人员出现不适症状的范围和天然气产生爆炸的上下限区域[7]。其次提出了开放空间和有约束条件下爆炸冲击波的计算方法，并建立了合适数学模型对天然气泄漏进行求解，确定了爆炸冲击波破坏危险区域的划分[8]。通过对影响冲击波破坏范围的因素进行分析，得出了爆炸冲击波随泄漏孔直径、泄漏孔位置及管道压力初值变化的规律[9]。最后在公式推导的基础上，用VisualBasic软件建立了天然气管道泄漏爆炸冲击波危害预测系统，编译出在Windows系统下运行的可视化计算程序，提出了可供天然气泄漏率的计算和爆炸冲击波的危险区域计算的方法，对于城市天然气管网泄漏爆炸危险的预测[10]具有重要的指导意义。