[发明专利]压缩天然气加气站灾难后果预测方法有效

专利信息
申请号: 201510026792.4 申请日: 2015-01-19
公开(公告)号: CN104573253B 公开(公告)日: 2017-09-19
发明(设计)人: 孙振国;费宏伟;潘林锋;王春敏;王勤生;周旦乐;蒋朝 申请(专利权)人: 江苏省特种设备安全监督检验研究院
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 无锡华源专利商标事务所(普通合伙)32228 代理人: 冯智文
地址: 210000 江苏省南*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 压缩 天然气 加气站 灾难 后果 预测 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种压缩天然气加气站灾难后果预测方法。

背景技术

天然气是一种清洁、高效、优质的能源,在世界各国得到了广泛的利用。但由于天然气、空气混合物的爆炸下限很低,极易发生着火燃烧甚至爆炸,近些年加气站引发的火灾、爆炸事故在国内外屡见不鲜。

对于压缩天然气(CNG)加气站灾难后果预测,现有的技术为:蒸气云爆炸定量评价模型和API pub 581定量后果评价模型。

其具体原理为:

(1)蒸气云爆炸定量评价模型

蒸气云爆炸(VCE)是一类经常发生且后果十分严重的爆炸事故。可采用TNT当量法估计蒸气云爆炸的严重程度。

1)TNT当量的计算

用TNT当量法预测蒸气云爆炸严重度的原理:假定一定百分比的蒸气云参与了爆炸,对形成冲击波有实际贡献,并以TNT当量来表示蒸气云爆炸的威力。用式(1)来估计蒸气云爆炸的TNT当量WTNT:

式中

WTNT——蒸气云的TNT当量,kg;

A——蒸气云的TNT当量系数,取值范围0.02%~14.9%,通常取4%;

Wf——蒸气云中燃料的总质量,kg;

Qf——燃料的燃烧热,kJ/kg;

QTNT——TNT爆炸热,kJ/kg,其值为4.12~4.69×103kJ/kg,取4.52×103kJ/kg。

已知蒸气云爆炸的TNT当量,可用以下方法估计其严重程度。在估计死亡区半径时,使用超压-冲量准则;在估计重伤区和轻伤区半径时,使用超压准则。

2)死亡半径

该区域内的人员如缺少防护,则被认为将无例外地蒙受严重伤害或死亡。其内径为零,外径记为R0.5,表示外圆周处人员因冲击波作用导致肺出血而死亡的概率为0.5,它与爆炸量间的关系由式(2)确定:

3)重伤区半径

该区内的人员如缺少防护,则绝大多数将遭受严重伤害,极少数人可能死亡或轻伤。其内径为死亡半径R0.5,外径为Rd0.5,表示该处人员因冲击波作用耳膜破裂的概率为0.5,它要求的冲击波峰值超压为44000Pa。应用超压准则,冲击波超压ΔP可按式(3)计算:

ΔP=0.137Z-3+0.119Z-2+0.267Z-1-0.019 (3)

E=WTNTQTNT (5)

式中

Rd0.5——目标到爆源的水平距离,即重伤区半径,m;

p0——环境压力,Pa;

E——爆炸总能量,J。

4)轻伤区半径

该区内的人员如缺少防护,则大多数人员将遭受轻微伤害,少数人将遭受重伤或平安无事,死亡的可能性极小。其内径为重伤区的外径Rd0.5,外径为Rd0.01,表示外边界处耳膜因冲击波作用破裂的概率为0.01,它要求的冲击波峰值超压为17000Pa。计算Rd0.01仍用式(3)和式(4)计算。

(2)API pub 581定量后果评价模型

采用美国石油协会标准API pub 581(基于风险监测的基本源文件)中定量后果评价模型对天然气泄漏爆炸后果危害范围进行评价。

1)确定代表性流体及其性质。

2)确定代表性流体的最后相态:流体泄放后的扩散特性主要取决于环境流体的相态(即液体或气体)。如果当流体从稳态工况转换到稳态环境条件时没有相变,则流体的最终相态与初始相态相同,在此确定最后相态为气体。

3)选择泄漏孔尺寸:API pub 581中管道4个泄漏范围的孔尺寸的代表值分别为6.3mm,25.4mm,101.6mm及管径。

4)确定气体泄漏量:泄漏率采用下式计算。

式中

Q——质量流量,kg/s;

Cd——泄漏系数,对气体取0.85~1,圆形裂口取1;

A——孔口截面积,m2;

P——管道内介质压力,Pa;

K——气体绝热指数,天然气取1.3;

M——分子量,天然气取0.017kg/mol;

R——气体常数,8.31J/(mol·K);

T——气体温度,K。

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