多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多專家和學(xué)者在管道輸送安全性方面做了大量的研究工作，從管道的安全設(shè)計(jì)、管道的材質(zhì)分析到管道泄漏檢測(cè)技術(shù)等多方面進(jìn)行了大量的研究^[1-8]。實(shí)際上，由于各種自然或人為的不可預(yù)料的因素，管道運(yùn)輸泄漏事故時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)管道氣體的意外泄漏進(jìn)行泄漏影響區(qū)域分析及其擴(kuò)散影響范圍的確定，從而采取適當(dāng)?shù)拇胧M織救援，對(duì)事故處理以及減少事故損失均具有舉足輕重的作用。管道泄漏速率的確定是分析泄漏擴(kuò)散以及預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)事故后果的基礎(chǔ)和依據(jù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)專家和學(xué)者對(duì)于氣體運(yùn)輸管道泄漏模型進(jìn)行了一些研究^[9-11]。

1 泄漏模型
1．1 一般泄漏速率模型
　　現(xiàn)行較普遍的氣體泄漏速率的計(jì)算，是利用氣體泄漏速率與其流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的特性，通過(guò)判斷泄漏時(shí)氣體流動(dòng)屬于聲速(臨界流)還是亞聲速流動(dòng)(次臨界流)來(lái)確定其泄漏速率模型^[9]。
　 　　　? 氣體流動(dòng)屬于聲速流動(dòng)，有：
　　　　　

　　　　　
?

?

?

??? 時(shí)，氣體流動(dòng)屬于亞聲速流動(dòng)，有：
　　　　　　　?

式中pa——環(huán)境壓力，Pa
　　p——管道內(nèi)氣體的壓力，Pa
　　K——?dú)怏w的等熵指數(shù)
　　qm——?dú)怏w泄漏速率，kg/s
　　Gd——?dú)怏w泄漏系數(shù)，當(dāng)裂口形狀為圓形時(shí)取1．00，三角形時(shí)取0．95，長(zhǎng)方形時(shí)取0．90^[9]
　　Aor——泄漏孔的面積，m²
　　M——?dú)怏w摩爾質(zhì)量，kg／ktool
　　R——摩爾氣體常數(shù)，取8．314 J／(mol·K)
　　T——?dú)怏w溫度，K
　　這種方法對(duì)于泄漏時(shí)管道內(nèi)的氣體壓力恒定工況的計(jì)算是比較方便的，當(dāng)因管道內(nèi)壓力降低而影響泄漏速率時(shí)，此模型就不適用了。
1．2 小孔泄漏模型和管道泄漏模型^[10]。
　　小孔泄漏指孔徑小于20mm的孔的泄漏或斷裂，孔徑為20～80mm的孔為大孔。管道橫截面完全斷裂的泄漏模型則為管道泄漏模型^[12]。
　　這種氣體泄漏模型將氣體看成可壓縮氣體，應(yīng)用流體力學(xué)的連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程描述氣體的流動(dòng)過(guò)程。在理想氣體狀態(tài)方程中引入氣體壓縮因子來(lái)減少與實(shí)際氣體的差別，即氣體的狀態(tài)方程為：
　　pV=ZnRT
　　式中 V——?dú)怏w的體積，m³
　　z——壓縮因子
　　n——?dú)怏w的物質(zhì)的量，mol
　　圖1是管內(nèi)氣體泄漏的示意圖^[12]，它表示距管道某一閥門L處存在一個(gè)小孔，管道在此處發(fā)生穿孔或破裂。點(diǎn)1為管道起始斷面(即閥門所在的斷面)上的一點(diǎn)，點(diǎn)2為與泄漏點(diǎn)在同一截面上的管內(nèi)某點(diǎn)，點(diǎn)3為泄漏點(diǎn)。p_i、T_i、u_i、p_i(i=1、2、3)分別指點(diǎn)l、2、3處的壓力(單位為Pa)、溫度(單位為K)、氣體流速(單位為m／s)、氣體密度(單位為kg／m³)。T_a、ρ_a分別指大氣環(huán)境溫度(單位為K)、大氣密度(單位為kg／m³)。