5 液化石油氣泄漏擴(kuò)散計(jì)算5．1 液化石油氣泄漏源強(qiáng)計(jì)算
? ??液化石油氣的泄漏源強(qiáng)計(jì)算與天然氣的泄漏源強(qiáng)計(jì)算相似。代入液化石油氣的相關(guān)參數(shù)到式(1)，可得液化石油氣泄漏為亞聲速流動(dòng)，則公式(2)中的Y應(yīng)按下列計(jì)算：
將相應(yīng)參數(shù)代入式(2)，計(jì)算得液化石油氣泄漏源強(qiáng)qm=1051.42 g/s。
5．2 液化石油氣泄漏擴(kuò)散范圍計(jì)算
? ??這里引入Manju Mohan等發(fā)展的箱模型口]，該模型分為兩個(gè)階段：第一階段是泄漏后的重氣擴(kuò)散階段，第二階段是重氣效應(yīng)消失后的被動(dòng)氣體擴(kuò)散階段(可采用高斯模型)。其中第一階段又可分為4個(gè)階段，即重力下沉(Gravitation slumping)、卷吸空氣(Entrainment)、氣云受熱(Cloud heating)及轉(zhuǎn)變成中性狀態(tài)(Transition to passive phase)階段(氣云受熱主要是指低溫氣體，對(duì)于本問(wèn)題可忽略不計(jì))。
? ??①重氣擴(kuò)散階段
??? a．重力下沉
??? 假設(shè)燃?xì)鈬娚浞植夹螤顬榘霃?span>r、高h(yuǎn)的圓杜體，其變化用下式來(lái)描述：
?
?
式中r——源的半徑，m
??? t——重力下沉開(kāi)始后的時(shí)間，s
??? K——常數(shù)
?? ρc——圓柱體內(nèi)氣云密度，kg/m3
?? ρa——環(huán)境空氣密度，kg/m3
??? g——重力加速度，m/s2
??? h——源高，m
??? 對(duì)于K值，無(wú)黏性流動(dòng)理論提出K為2，但Van UIden 1974年在所進(jìn)行的實(shí)際流動(dòng)試驗(yàn)中，得出K值為1(本文采用此值)。
??? b．卷吸空氣
??? 假設(shè)空氣同時(shí)在氣云邊緣及頂部被卷吸，則：
式中ma——被卷吸的空氣質(zhì)量，kg
?? ue——頂部卷吸速度，m/s
?? α*——邊緣卷吸空氣速度的控制參數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定，一般在動(dòng)量射流區(qū)為0.56，
??? ??????在浮力羽流區(qū)為0.085
?? α′——卷吸常數(shù)，α′=1
??? u1——軸向湍流速度，m/s
??? Ri——理查遜數(shù)
??? ls——湍流長(zhǎng)度，m
??? u*——摩擦速度，m/s
??? u1/u*的值見(jiàn)表2。u*/u取決于表面粗糙度，一般取其典型值為0.1。
??? c．轉(zhuǎn)變成中性狀態(tài)
??? 隨著高度的增加，ue有一極限值近似等于u1，這可看作是一個(gè)轉(zhuǎn)變標(biāo)準(zhǔn)，即ue= u1，或者滿足關(guān)系 ρc-ρa<0.001 kg/m3，就認(rèn)為是已轉(zhuǎn)變?yōu)橹行噪A段。根據(jù)上述公式，計(jì)算得重氣擴(kuò)散階段r為27.59 m。重氣擴(kuò)散的箱模型雖然容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算，但對(duì)重氣擴(kuò)散過(guò)程空間場(chǎng)描述還不夠完善，這里得到的是重氣擴(kuò)散階段最遠(yuǎn)擴(kuò)散半徑。
表2 u1/u*取值表
Tab．2 Values of u1/u*
大氣穩(wěn)定度 | u1/u* |
極不穩(wěn)定(A、B) | 3.0 |
中性(C、D) | 2.4 |
極穩(wěn)定(E、F) | 1.6 |
?
? ??②被動(dòng)氣體擴(kuò)散階段
? ??當(dāng)液化石油氣轉(zhuǎn)變到中性階段以后，以高斯分布形式進(jìn)行擴(kuò)散，可以用公式(3)繼續(xù)計(jì)算。
??? 結(jié)合第二階段擴(kuò)散，得到的下風(fēng)向Y=0中線上的擴(kuò)散范圍見(jiàn)圖3。
?
Fig．3 Diffusion range of LPG
6 分析與建議
6．1 分析
??? 天然氣與液化石油氣泄漏擴(kuò)散范圍計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 兩種氣源泄漏擴(kuò)散范圍比較
Tab．3 Comparison of leakage diffusion range between two kinds of gas sources
氣源種類 | 天然氣 | 液化石油氣 |
管道壓力/MPa | 0.30 | 0.07 |
達(dá)到爆炸上限時(shí)的擴(kuò)散范圍/m | 20.4 | 39.3 |
達(dá)到爆炸下限時(shí)的擴(kuò)散范圍/m | 39.2 | 56.2 |
達(dá)到警戒限時(shí)的擴(kuò)散范圍/m | 98.0 | 99.3 |
?
??? 由上述計(jì)算結(jié)果可以得出以下幾點(diǎn)：
??? ①對(duì)于DN60mm的管道，0.07MPa的液化石油氣與0.30MPa的天然氣的警戒距離相當(dāng)，所以對(duì)同等壓力的兩種氣源，液化石油氣的擴(kuò)散范圍要比天然氣范圍大。
??? ② ②在爆炸上下限之間的區(qū)域是最容易引發(fā)爆炸事故的區(qū)域，危險(xiǎn)性最高。本文討論情況下的液化石油氣的爆炸極限上限和下限距離都要大于天；氣，液化石油氣爆炸的危險(xiǎn)性要比天然氣高。
??? ③在豎向上，由于液化石油氣為重氣，會(huì)有一沉坍塌現(xiàn)象，地面的濃度會(huì)更大一些。從計(jì)算結(jié)!可以看出液化石油氣的擴(kuò)散高度要比天然氣低。
④如果采用高斯模型計(jì)算液化石油氣泄漏擴(kuò)散，少了重氣擴(kuò)散階段，計(jì)算結(jié)果會(huì)比實(shí)際擴(kuò)散范圍小很多。
6．2 建議
??? 燃?xì)鈹U(kuò)散的危險(xiǎn)區(qū)域是可以預(yù)測(cè)的，有了較：可靠的模擬結(jié)果，就不必盲目地將很遠(yuǎn)的人員撤離，以避免造成不必要的損失和恐慌。
??? 管道泄漏事故一旦發(fā)生，應(yīng)立即關(guān)閉上下游閥門，盡快控制泄漏量不再增加。要疏散警戒范圍的人群，并且告知雖然處于警戒范圍內(nèi)(可以聞到燃?xì)獾某粑?，但不一定會(huì)有爆炸危險(xiǎn)，安撫人群。定有序地疏散，避免手機(jī)、金屬碰撞、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等潛在火源的發(fā)生；可將爆炸極限下限范圍設(shè)定為搶修救援作業(yè)區(qū)域，設(shè)立警示，杜絕除救援維修活動(dòng)的其他任何人員活動(dòng)，并對(duì)近地面可能出現(xiàn)的火源保持高度警惕，直至搶修后警戒范圍內(nèi)燃?xì)鉂舛鹊骄錆舛纫韵?。此外，還要考慮風(fēng)向在搶修過(guò)可能發(fā)生變化和一定的安全富裕量，適當(dāng)放大搶范圍；對(duì)于泄漏地點(diǎn)處有地溝的地方，特別是對(duì)于化石油氣管道，要適當(dāng)放大警戒距離，因?yàn)槿細(xì)鈺?huì)著地溝擴(kuò)散到更遠(yuǎn)的地方，造成危險(xiǎn)范圍的擴(kuò)大。
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