5 液化石油氣泄漏擴散計算5．1 液化石油氣泄漏源強計算
? ??液化石油氣的泄漏源強計算與天然氣的泄漏源強計算相似。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，則公式(2)中的Y應(yīng)按下列計算：
將相應(yīng)參數(shù)代入式(2)，計算得液化石油氣泄漏源強qm=1051.42 g/s。
5．2 液化石油氣泄漏擴散范圍計算
? ??這里引入Manju Mohan等發(fā)展的箱模型口]，該模型分為兩個階段：第一階段是泄漏后的重氣擴散階段，第二階段是重氣效應(yīng)消失后的被動氣體擴散階段(可采用高斯模型)。其中第一階段又可分為4個階段，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，對于本問題可忽略不計)。
? ??①重氣擴散階段
??? a．重力下沉
??? 假設(shè)燃氣噴射分布形狀為半徑r、高h的圓杜體，其變化用下式來描述：
?
?
式中r——源的半徑，m
??? t——重力下沉開始后的時間，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
??? 對于K值，無黏性流動理論提出K為2，但Van UIden 1974年在所進行的實際流動試驗中，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)，由實驗確定，一般在動量射流區(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——湍流長度，m
??? u*——摩擦速度，m/s
??? u1/u*的值見表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，計算得重氣擴散階段r為27.59 m。重氣擴散的箱模型雖然容易實現(xiàn)計算，但對重氣擴散過程空間場描述還不夠完善，這里得到的是重氣擴散階段最遠擴散半徑。
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被動氣體擴散階段
? ??當(dāng)液化石油氣轉(zhuǎn)變到中性階段以后，以高斯分布形式進行擴散，可以用公式(3)繼續(xù)計算。
??? 結(jié)合第二階段擴散，得到的下風(fēng)向Y=0中線上的擴散范圍見圖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散范圍計算結(jié)果見表3。
表3 兩種氣源泄漏擴散范圍比較
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 |
達到爆炸上限時的擴散范圍/m | 20.4 | 39.3 |
達到爆炸下限時的擴散范圍/m | 39.2 | 56.2 |
達到警戒限時的擴散范圍/m | 98.0 | 99.3 |
?
??? 由上述計算結(jié)果可以得出以下幾點：
??? ①對于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)，所以對同等壓力的兩種氣源，液化石油氣的擴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性要比天然氣高。
??? ③在豎向上，由于液化石油氣為重氣，會有一沉坍塌現(xiàn)象，地面的濃度會更大一些。從計算結(jié)!可以看出液化石油氣的擴散高度要比天然氣低。
④如果采用高斯模型計算液化石油氣泄漏擴散，少了重氣擴散階段，計算結(jié)果會比實際擴散范圍小很多。
6．2 建議
??? 燃氣擴散的危險區(qū)域是可以預(yù)測的，有了較：可靠的模擬結(jié)果，就不必盲目地將很遠的人員撤離，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)(可以聞到燃氣的臭味)，但不一定會有爆炸危險，安撫人群。定有序地疏散，避免手機、金屬碰撞、汽車發(fā)動機等潛在火源的發(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的其他任何人員活動，并對近地面可能出現(xiàn)的火源保持高度警惕，直至搶修后警戒范圍內(nèi)燃氣濃度到警戒濃度以下。此外，還要考慮風(fēng)向在搶修過可能發(fā)生變化和一定的安全富裕量，適當(dāng)放大搶范圍；對于泄漏地點處有地溝的地方，特別是對于化石油氣管道，要適當(dāng)放大警戒距離，因為燃氣會著地溝擴散到更遠的地方，造成危險范圍的擴大。
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