一、基于QRA的长输油气管道风险研究
汤加娇，吴宗志，王汝君，郝吾
概述
随着城市建设和行业需求的发展，越来越多的长距离油气管道在中国建成并服务。由于运输过程中的一些内外因素，会发生油气泄漏。如果由油/气和空气组成的混合气体浓度达到燃烧和/或爆炸极限，一旦周围有火源，可能会发生导致人员伤亡和财产严重损失的火灾和/或爆炸事故。因此，近年来对油气管道风险分析和评价的相关研究一直集中在安全工程领域。因此有必要对火灾风险研究进行评估，以确保长距离油气管道的安全。本文首先分析了长距离油气管道风险的特点，然后基于定量风险分析（QRA）处理了长距离油气管道的火灾风险。以天然气管道为例，基于CASSTQRA软件绘制了影响区域（死亡半径）和个体风险等高线图，天然气管道死亡半径为148.42m，区域为3u10-7和1u10-6的个体风险等高线不是高密度居住区，高密度或高敏感区域的公共聚集场所，重要目标和特殊高密度场所。天然气管道的火灾风险是可以接受的。最后，提出了保证运输安全的相应防控建议。研究结果对长距离油气管道的风险评估和安全管理具有实际意义。
关键词：火灾,长距离管道,个人风险,QRA
命名法
D0 ———— 分割直径（m）；
rho;0 ———— 泄漏气体密度（kg / m3）；
rho; ———— 环境气体密度（kg / m3）；
C（x） ———— 气体浓度（kg / m3）；
b2 ———— 分布参数；
y ———— 从选定点到射流轴的距离（m）；
Q0 ———— 泄漏气体速度（kg / s）；
Cd ———— 泄漏系数；
Q ———— 点辐射通量（W）；
Eta; ———— 效率因子；
Hc ———— 燃气热量（J / kg）；
L ———— 火焰长度（m）；
.1、简介
作为一种清洁，高效，高质量的已知能源，石油和天然气已广泛应用于化工，电力，城等市燃料工业和民用领域。随着城市建设和工业的发展，越来越多的石油和天然气通过管道运输，并将在中国广泛使用。长输管道已成为石油，天然气和其他化学品运输最安全有效的方式之一。但输油过程中会发生油气管道泄漏，因为输气管道可能会因腐蚀，材料老化，质量差等内外因素而破裂。如果由天然气和空气组成的混合气体的浓度达到燃烧和/或爆炸极限，则可能发生火灾或爆炸事故。据统计，自2000年以来中国发生了许多油气管道事故[1,2]。一旦发生火灾或爆炸事故，人们的生命及周围的设备和建筑物将受到严重影响。例如，在中国，一条地下天然气管道破裂，然后混合气体于2002年1月1日爆炸。由于这次事故，至少有6人遇难;大庆市有两人受重伤，两人受轻伤。 2004年4月20日管道维修期间，另一条天然气管道爆炸，淮南市发生事故，造成2人死亡，1人重伤，6人受轻伤。此外，众所周知，2013年11月22日青岛市石油管道爆炸事故造成62人死亡，136人受伤。因此，管道输送天然气的风险研究对于防止人员安全和财产安全具有重要的现实意义。
因此，研究长距离石油天然气管道避免生命财富损失的风险问题具有重要意义。近年来，对油气管道风险分析与评价的相关研究一直集中在安全工程领域。提出了一些计算模型，如QRA模型，UDM模型，BM模型和FEM3模型，模拟油气泄漏扩散，评估天然气管道风险[3-5]，并在不同情况下应用了一些模型。作为化工设备，工艺管道等[6-8]。还有一些软件如PHAST [9]用于分析泄漏发生时天然气的扩散。但火灾事故的个人风险对石油和天然气管道的风险管理至关重要。因此，在对油气管道风险分析，火灾数学模型的基础上，首先建立了油气喷射火灾模型;基于QRA处理油气管道火灾事故的后果评估，应用软件CSAATQR绘制影响区域和个体风险。此外，本文最后提出了一些建议。研究结果有助于油气管道的风险评估和安全管理。
2、长输油气管道风险分析
2.1影响区域分析
长距离管道事故的影响区域是决定长输油气管道风险的重要因素。通常，受影响的区域可分为死亡半径和受伤半径。影响半径是油气管道泄漏事故的阈值距离，可能不希望发生死亡，环境污染或财产损失等后果。因此，长距离管道的影响区域是一定的阈值距周围的距离。
由于长输油管事故可能发生在管道的任何位置，因此可以认为是一系列危险源。当管道事故所有危险点都在同一场景时，影响区域管道两侧可以作为一个圆圈作为事故点的中心，受影响的半径R是沿管道移动的圆的半径可以沿管道或圆形区域近似矩形区域的路线[2]。因此，越靠近管道，事故影响的风险就越大。石油和天然气管道的事故后果如图1所示。
图1 长距离油气管道事故影响区域图
2.2个人风险
个人风险是衡量潜在生命损失和定量风险评估的关键量化指标。所谓个人风险是指各种潜在的火灾，爆炸和有毒气体泄漏事故的风险，由固定位置引起的固定位置的个体死亡概率，即个体死亡率。它通常显示为风险等高线（如图2所示），它可以通过与可接受的风险标准进行比较来衡量个体风险的大小。在观察周围人，设施和环境的风险时，长距离油气管道可接受的个人风险标准被定义为中国的其他主要危险。高密度住宅区（如住宅区，酒店，度假村等）和高密度公共聚集场所（如办公室，商场，餐厅，娱乐场所等）可接受的个人风险不得超过1u10-6 /年。 ）。高敏感地区（如学校，医院，幼儿园，疗养院等），重要目标（如党政机关，军事管理区，文物保护单位）可接受的个人风险不得超过3u10-7 /年。等）和特殊的高密度场所（如大型体育馆，大型交通枢纽等）
图2 个别风险等高线示意图
3、火灾后果数学模型
通常，天然气管道的火灾后果比石油管道严重。因此，气体火灾后果数学模型的讨论如下。众所周知，燃气管道更具挑战性的事故是喷射火灾，无论何时加压或压力液化易燃材料都要处理。特别是，反应性化学燃料喷射火灾可能比碳氢化合物火灾更严重[10-12]。泄漏的高压天然气将作为喷射流从管道的分流中喷出，如果泄漏的气体在分流处被点燃，则喷射火灾发生，外围人员和建筑物将被损坏。高压泄漏的可燃材料可以形成射流，如果在泄漏裂缝处点燃气体，则会发生喷射火灾。喷射火模型如下[13-18]。应用等效射流直径来计算射流火焰直径。等效射流直径可以从等式（1）获得。
（1）
如果泄漏气体的密度rho;0在泄漏时刻立即与环境气体的密度rho;相等，那么等效射流直径Deq等于实际分裂D0的直径。在射流轴线上距离射流原点x米的气体浓度C（x）可以从等式（2）导出。
（2）
在上面的公式中，b1和b2是分布参数。可以通过等式（3）计算在与射流轴垂直的平面的任何点处的气体浓度C（x，y），其中它在射流轴线上距离射流原点x米。
（3）
其中C（x）是气体浓度，其中它与射流轴线上的射流原点相距x米。
随着到射流原点的距离的增加，气体速度将变得更低，直到它等于气体运动将不再满足射流规则时的周围的风速。因此，当处理喷射火灾后果评估时，应计算液态气体的临界速度和临界浓度。
假设在射流轴线上与射流原点相距x米的泄漏气体速度为U（x），参见等式（4）。
（4）
当U0是射流的初始速度时，U0等于气体流过分流时的泄漏气体速度。可以使用下面的等式（5）来计算U0。
（5）
在射流火焰热通量的计算中，将其视为位于射流轴线上的一系列点热源，并且可以使用射流扩散方程计算总热辐射通量。热源中每个点的热辐射通量如公式（6）所示。
（6）
喷射火焰的火焰长度等于从喷射流轴线上的可燃混合物的泄漏分流到下限燃烧的距离。有时为了简单计算，喷射流轴长度将被视为喷射火焰的火焰长度。喷射火焰的火焰长度可以根据简化的等式（7）获得。在参数L代表火焰长度的情况下，其单位是m。
（7）
热辐射强度Ii表示从一些点热源i到其与喷射流轴上的点相距x米的位置的辐射强度可以根据等式（8）获得。参数alpha;代表辐射率，其值为0.2。
（8）
然后x位置的热辐射强度是从每个点热源到该点的所有热辐射强度的总和。
（9）
在等式（9）中，n是点热源的选定数量，通常将其取为5。
因此，可以从上述等式导出在不同伤害或损坏标准下对人的潜在影响区域。
4、案例研究
基于上述火灾数学模型，可以得到管道输送天然气泄漏后的火灾事故后果图和个体风险等值线。本文以天然气管道为例，研究油气管道的火灾风险。天然气管道直径600mm;管道中的压力为10MPa。管道长度为5公里。假设由于某些原因导致管道破裂，发生了突然完全破裂并且在操作过程中发生了火灾事故。基于影响区域分析和个体风险研究的结果，基于QRA处理天然气管道火灾事故的后果评估，应用软件CSAATQRA绘制影响区域和个体风险等高线。输入管道的所有参数到计算界面，我们可以得到影响区域和个人风险。火灾事故对人的影响区域如图3所示。红线区域是人影响区域，死亡半径为148.42m。
图3天然气管道射流火灾的后果模拟
5、结论和建议
通过以上研究，本文可以得出以下结论：
（1）在长距离油气管道运输过程中，一旦泄漏的油气混合物与点火源点燃，就会发生火灾。在三种火灾事故中，更具挑战性的事故是喷射火灾，无论何时加压，或处理压力液化易燃材料。远程油气管道火灾风险研究对保证人员和财产安全具有重要的理论和实践意义。
（2）长距离管道事故的影响区域是确定长输油气管道风险的重要因素。影响半径可分为死亡半径和损伤半径。因此，长距离管道的影响区域距离周围有一定的阈值距离。
（3）长距离油气管道可接受的个体风险标准被定义为中国的主要危险因素。高密度住宅区和高密度公共聚集场所不超过1u10-6 /年。在高敏感区域，重要目标和特殊高密度场所，可接受的个人风险不得超过3u10-7 /年。
（4）软件CASSTQRA是模拟影响区域的有效工具，描述了长距离油气管道的个体风险等高线。基于火灾数学模型和CASSTQRA软件，以天然气管道为例计算影响面积（死亡半径）和个体风险。对于天然气管道，死亡半径为148.42m，由3u10-7和1u10-6的个体风险等高线圈出的区域不是高密度住宅区，高密度或高敏感区域的公共聚集场所，重要的目标和特殊的高密度场所。天然气管道的火灾风险是可以接受的。
（5）为防止火灾，管道企业应加强日常监控，安全管理和应急准备，加强日常维护和维修，防止事故发生。企业要做的主要工作包括控制火源，严格执行热工规则;严格执行消防规定，加强消防基础设施投资;加强安全宣传教育，提高群众安全意识;制定消防应急预案，实施应急预案的定期演练和修订。
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资料编号：[5228]
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