摘　要：高压天然气管道泄漏危害和潜在影响区域取决于泄漏模式、气体释放、扩散条件和点燃方式等。以某城市在役燃气管道为例，针对燃烧和扩散两种情况对天然气管道泄漏的后果影响进行分析，计算15cm孔洞泄漏、管道压力分别为3.5MPa和4.0MPa工况下的潜在影响区域、喷射火影响区域及蒸气云扩散影响区域。结果表明：对于15cm孔洞泄漏，无论发生何种情况，距离管道200m以外均安全，可以以此划定警戒区域，制定应急预案。

关键词：天然气管道；燃气管道；泄漏燃烧；泄漏扩散；后果

天然气管道发生泄漏事故，势必对附近的居民和环境造成极大危害，是导致天然气管道事故危害的根本原因。管道公司通过对天然气管道在运营过程中面临的安全因素进行识别和评价，制定相应的风险控制对策，不断改善能够识别的不利影响因素，从而将管道运营的风险水平控制在合理的、可接受的范围内，达到减少天然气管道事故发生、经济合理地保证管道安全运行的目的。

天然气管道的泄漏事故总体分为两种。即喷射火和爆炸，以某城市燃气管道为例，分别计算两种情况下管道的泄漏影响范围，其中燃烧使用ASME推荐公式计算，而扩散则应用高斯模型计算。相关参数：管道直径1m，输气压力分别为3.5MPa和4.0MPa，假设事故原因为第三方破坏，后果是出现15cm孔洞。

1 潜在影响区域

依据ASME B31.8S-2001^[1]标准，天然气管道的影响半径可按下式计算：

依此式求得示例管道在3.5MPa和4.0MPa输气压力下的潜在影响半径分别为185m和198m。

2热辐射影响区域

2.1 计算公式

将泄漏点理想化为一系列点源热量发射器沿着火苗的长度传播，每个点源均被假设为发射同等热量的总热量分支，其在给定点源S以热流Ⅰ_s发射^[2-3]：

2.2 计算案例

选取两种泄漏工况：①输气压力3.5MPa，15cm孔洞，裂口面积约0.018cm²；②输气压力4.0MPa，15cm孔洞，裂口面积约0.018cm²。燃烧率参数取0.3，发射率参数取0.2，燃烧热取50000，设影响位置与着火点的距离为x，分别计算两种工况下喷射火后果影响区域（表1）。

在热辐射作用下，人员死亡率达到1%，木质结构被点燃，门槛热流值均为15.77kW/m

²，用时分别为27s和1162.3s，低于该热流值时人员不会死亡、木质结构不会损坏。为此，危险辐射强度取15.77kW/m²，两种工况下喷射火的危险半径分别为45m和50m。

3 蒸气云扩散的影响范围

根据Pasquil-Gifford模型^[4]，假设连续泄放，计算蒸气云浓度：

根据表 2 数据，应用软件做图，得到相应的风险区域（图 1，蓝色线和红色线之间为 5％～15％的爆炸风险区域，红色线和绿色线之间为 1％～5％的伤害风险区域^[5]）。

4 结论

基于管道内部参数相关的压力、泄漏面积、泄漏口形状、管道内部质量（气源状况），以及管道外部参数相关的地面风速、大气稳定度、地面状况等，假设泄漏为稳态小孔泄漏，对天然气管道泄漏影响区域进行计算，得出如下结论：

（1）当输气管道出现15cm孔洞泄漏时，若管道压力为3.5MPa，则其潜在影响半径为185m；若管道压力为4.0MPa，则其潜在影响半径为198m。说明无论发生何种情况，距离管道200m以外均安全，可以以此划定警戒区域，制定应急预案。

    （2）根据对风险后果的容忍度不同，喷射火影响半径和气体扩散半径不同。当输气管道出现15cm孔洞泄漏、管道压力为3.5MPa时，喷射火影响半径为45m，下风向气体扩散40～68m为爆炸危险区域，68～155m为个体伤害区域，对应横风向距离为10～17m和17～40m；当输气管道出现15cm孔洞泄漏、且管道压力为4.0MPa时，喷射火影响半径为50m，下风向气体扩散42～72m为爆炸危险区域，72～165m为个体伤害区域，对应横风向距离为11～19m和19～42m。

参考文献：

[1]ASME B31.8S-2001 Managing system integrity of gas pipelines[S]. New York：American Society of Mechanical Engineers, 2001.

[2] American Petroleum Institute. Risk-based inspection base resource document[S]. 1st ed. Washington D C：API Publication,2000.

[3] Stephens M J. A model for sizing high consequence areas associated with natural gas pipelines[C]. IPC2002-27073，2002.

[4] 中国科技大学火灾科学国家重点实验室. 大型油罐火灾的热辐射危害特性[J]. 安全与环境学报，2008，8（4）：110-114.

[5] Geoff H，Barbara J L. Experimental studies of releases of high pressure natural gas from punctures and rips in above-ground pipework[C]. IPC2000-10015，2000.

(本文作者：谷志宇¹董绍华²牛景弘¹史纪³　1. 中国船舶燃料有限责任公司，北京 100020；2. 中国石油北京天然气管道有限公司，北京 100101；3. 城市建设研究院，北京 100120)