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石油化工安全环保技术

PETROCHEMICALSAFETYANDENVIRONMENTALPROTECTIONTECHNOLOGY2010年第26卷第2期

含硫天然气管道破裂硫化氢扩散的影响分析

张林霞，杨琴，向启贵，胥云丽

(中国石化西南油气田分公司安全环保与技术监督研究院，四川成都610213)

摘要：气体扩散过程十分复杂，受诸多因素的影响。同时，含硫天然气的运输存在一定的安全风险，因此，研究含硫天然气管道破裂后硫化氢扩散的影响范围具有重要的意义。通过对不同长度的含硫天然气管道泄漏后硫化氢扩散影响范围的分析，得出硫化氢含量，风速、破裂面积以及地形地貌对事故后果的影响规律，以期为含硫天然气管道的安全标准提供

参考。

关键词：天然气管道；气体扩散；硫化氢；风速；破裂面积；地形地貌

我国是高含硫气田储量较多的国家之一，高含硫储量已经达到上千亿立方米。随着我国对石油天然气能源的依赖程度加深，开发利用高含硫气田的资源具有十分重要的现实意义。但是高含硫气田开采具有很大的难度，其生产过程中会碰到比低含硫或不含硫气田更多和更复杂的问题，具有相当大的环境风险和安全风险。而且国内目前对于高含硫天然气的开采还处于初期，存在一系列的技术问题尚待解决，其中最重要的是缺乏公众安全的行业标准，而国外发达国家如美国、加拿大的相关标准并不适合我国的情况，尤其是四川地区的气田地形为山地结构，且周边人口稠密，更不可照搬国外的安全标准以及分级标准。

天然气管道发生泄漏扩散是输气管道事故危害的根本原因，研究含硫天然气管道公众安全防护问题，需要对硫化氢的扩散规律、影响范围等进行深入研究。影响天然气管道泄漏后气体扩散的影响因素包括气象条件，地形、泄漏源位置等。因此，通过模拟不同长度管道的硫化氢扩散，并考虑各种因素的影响，研究硫化氢扩散影响距离，为含硫天然气管道的安全标准提供参考。

1扩散模型

1.1扩散模型比较

国外关于危险性气体在大气中扩散的研究工作始于七、八十年代，直到现在该领域的研究还

比较活跃。在此期间，提出了不少扩散的计算模型，同时也进行了许多大规模试验。表1列出了几种主要的扩散模型，包括高斯烟羽模型，高斯烟团模型，BM模型，Sutton模型及FEM3模型等。高斯模型只适用于中性气体，模拟精度较差，但它可模拟连续性泄漏和瞬时泄漏两种泄漏方式，由于提出的时间比较早，实验数据多，因而较为成熟，具有模型简单，易于理解，运算量小，计算结果与实验值能较好吻合等特点，使该模型得到了广泛的应用。如美国环境保护协会EPA所采用的许多标准都是以高斯模型为基础而制定的。

1.2高斯模型

高斯模型用来描述危险物质泄漏形成的非重气云扩散行为，或描述重气云在重力作用消失后的远场扩散行为1。

(1)泄漏危险源为瞬时排放时，如果排放质量为Q(kg),则空间某一点在t时刻的浓度由下式得出：

收稿日期：2009-11-07。

作者简介：张林霞，女，2006年毕业于西南石油大学油气储运专业，现工作于西南油气田公司安全环保与技术监督研究院，工程师。电话：0282010年第26卷第2期★张林霞等，含硫天然气管道破裂硫化氢扩散的影响分析

表1各模型特性比较表

模型名称

适用对象

适用范围

难易程度

计算量

计算精度

高斯烟羽模型

中性气体

大规模、长时间

较易

少

较差

高斯烟团模型

中性气体

大规模、长时间

较易

少

较差

BM模型

中性或重气体

大规模、长时间

较易

少

一般

Sutton模型

中性气体

大规模、长时间

较易

少

较差

FEM3模型

重气体

不受限制

较难

大

较好

C(x,y,z,t)=

(1)式中：x——下风方向到泄漏源点的距离，m;

y、z——侧风方向、垂直向上方向的离泄

漏源点的距离，m;u———风速，m/s;

σx,0,,o?——分别为x,y,z方向的扩散

参数；t——扩散时间，s。

2)若泄漏源为连续排放，泄漏速率为Q(kg/s)时，则空间某一点在t时刻的浓度由下式得出：

(2)

式中符号意义同上。

对于扩散参数σ,,σ?,这里引用TNO有关的公式

σ,=aXσ?=cX?

表2扩散系数

稳定度级别

a

b

C

d

A

0.527

0.865

0.28

0.90

B

0.371

0.866

0.23

0.85

C

0.209

0.897

0.22

0.80

D

0.123

0.905

0.20

0.76

E

0.098

0.902

0.15

0.73

F

0.065

0.902

0.12

0.67

根据上述两个大气扩散公