城镇燃气企业泄漏事故风险分析

中国公共安全・学术版　火灾科学　Ｃｈｉｎａ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ａｃａｄｅｍｙ　Ｅｄｉｔｉｏｎ　Ｆｉｒｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　２０１５年第２期总第３９期　

２０１５　ＮＯ．２　Ｓｕｍ．ＮＯ．３９　

城镇燃气企业泄漏事故风险分析　王起全张悦涵　（中国劳动关系学院安全工程系，北京１０００４８）　

【摘要】为研究燃气企业燃气泄漏事故风险，选取某公司作为实例，模拟计算事故可能的泄漏量，及所导致的中　毒、火灾和爆炸事故的风险后果，并进一步分析火灾和爆炸事故的个人风险和社会风险。分析实例计算结果显示，　发生燃气中毒的最大危险距离为１．４８ｍ：火灾热辐射伤害半径约为１７ｍ；假定泄漏量达到８４ｋｇ时，发生爆炸事故时的　死亡半径为０．９１ｍ，火灾和爆炸的个人风险均在不可接受范围内，社会风险均在尽可能降低的范围内。进一步提出应　对措施，为降低燃气泄漏事故的风险、促进城镇燃气安全提供依据。　【关键词】燃气泄漏；泄漏模型；个人风险；社会风险　【中图分类号】Ｘ９３７【文献标识码】Ａ【Ｄ０Ｉ】１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－２３９６．２０１５．０２．０１１【文章编号Ｉｌ６７２２３９６［２０１５】３９—００４６—０６　

Ｒｉｓｋ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｌｅａｋｉｎｇ　Ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎ　Ｇａｓ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　ＷＡＮＧ　Ｑｉｑｕａｎ　ＺＨＡＮＧ　Ｙｕｅｈａｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｔｈｅ　ｌｅａｋｉｎｇ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｒｉｓｋ　ｏｆ　ｇａｓ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．ａ　ｇａｓ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　ｉＳ　ｃｈｏｓｅｎ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ　ｇａｓ　ｌｅａｋｉｎｇ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ，ｆｉｒｅ，ａｎｄ　ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ　ｒｉｓｋ　ａｎｄ　ｓｏｃｉａｌ　ｒｉｓｋ　ｏｆ　ｆｉｒｅ　ａｎｄ　ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｉｇｇｅｓｔ　ｄａｎｇｅｒｏｕｓ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｉＳ　１．４８ｍ；ｔｈｅ　ｈａｒｍ　ｒａｄｉｕｓ　ｏｆ　ｆｉｒｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｈｏｔ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｉＳ　ａｂｏｕｔ　１７ｍ；ｔｈｅ　ｄｅａｔｈ　ｒａｄｉｕｓ　ｏｆ　ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｉｓ　０．９１ｍ　ｗｈｅｎ　ｌｅａｋｉｎｇ　ａｍｏｕｎｔ　ｒｅａｃｈｉｎｇ　８４ｋｇ．　Ｔｈｅ　ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ　ｒｉｓｋ　ｏｆ　ｆｉｒｅ　ａｎｄ　ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｉｓ　ｕｎａｃｃｅｐｔａｂｌｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｃｉａｌ　ｒｉｓｋ　ｉＳ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｃｏｐｅ　ａｃｑｕｉｒｉｎｇ　ｔｏ　ｂｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｓｏｍｅ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ｏｆ　ｇａｓ　ｌｅａｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｕｒｂａｎ　ｇａｓ　ｓａｆｅｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇａｓ　ｌｅａｋｉｎｇ；１ｅａｋａｇｅ　ｍｏｄｅｌ；ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ　ｒｉｓｋ；ｓｏｃｉａｌ　ｒｉｓｋ　

０引言　我国发展燃气企业已有几十年的历史，目前全国　大约２００多个城市建立了燃气企业，且大多数燃气企　业的规模较大。企业的经营产品从以前的煤气到现在　的液化石油气、天然气，给人们的日常生活带来了巨　大的便利。但燃气的高压、易燃、易爆的特性决定了　燃气企业危险性极高，极易发生泄漏、火灾、爆炸、　中毒等事故　］。据统计，燃气企业的事故大多数是由　泄漏引起的　１。由于燃气供应地点和输送管道往往分　布在人口和公共设施密集场所，使其一旦发生泄漏事　故，极易造成重大的伤亡和财产损失，并伴随着恶劣　的社会影响和环境污染。因此，对燃气企业泄漏事故　的风险进行定性定量分析，研究事故发生后果的严重　程度，具有很好的现实意义。　

收稿日期：２０１５—０４—２０　作者简介：王起全（１９７６．），男，山东齐河人，安全工程专业博士，中国劳动关系学院安全工程系副教授，公共安全教研室　副主任。目前主要从事企业安全评价、应急管理、公共安全课题研究。　资助项目：中国劳动关系学院２０１３年院级科研项目（一般项目），项目名称：燃气行业事故引发的公共安全风险研究（项目编　号１３ＹＹ００８）。　

・４６・　２０１５年第２期总第３９期　２０１５　Ｎｏ．２　Ｓｕｍ．Ｎｏ－３９　火ｉｒｅ灾Ｓｃ科ｉｅｎ学ｃｅＦｉｒｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｃｈｉｎａ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｓｅ中ｃｕ国ｒｉｔ公ｙ．共Ａｃ安ａｄ全ｅｍ‘ｙ学Ｅｄ术ｉｔｉ版

ｏｎ　

１燃气泄漏风险分析　燃气泄漏通常由于管道老化、第三方破坏，或　用户在使用过程中私自改装、使用不当、设备老化等　引起，在与空气等助燃物混合形成燃烧或爆炸性气体　后，遇到明火或电火花等点火源时极易引发燃烧或爆　炸。此外，燃气泄漏还导致人员的中毒和窒息，造成　巨大的人身和财产损失。本部分内容将分析泄漏量计　算模型，进而利用模型分析中毒，燃烧和爆炸的危害　程度。　１．１泄漏模型　１．１．１小孔泄漏模型　首先判断泄漏燃气流动属于亚声速流还是声速　流。　玎：墨：　）　Ｐ　、６。　式中，　为临界压力比，　为环境的绝对压力　（Ｐａ），Ｐ为泄漏口处气体临界压力（Ｐａ），６为燃　气的等熵指数（一般可近似取１．２９）。　当曼Ｐ）　时，燃气泄漏属于亚音速流动。　Ｑ＝　√　・矗ｃ和　当　（６时，燃气泄漏属于音速流动。　Ｐ————＿－　Ｑ＝ＣｇＤＰｌＩ　・（　）　㈩　式中，Ｑ为泄漏量（Ｋｇ／ｓ），　为燃气泄漏系　数（泄漏口为圆形取１．Ｏ０，三角形取０．９５，长方形取　０．９０），Ｄ为泄漏口的面积，　为管道或容器内气体　的绝对压力（Ｐａ），Ｐ０为环境压力（Ｐａ），Ｍ为泄漏　燃气的摩尔质量（Ｋｇ／ｍｏ１），ｚ为压缩因子（一般取　１），Ｒ为摩尔气体常数（取８．３１４Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ），　为燃　气泄漏前的温度（Ｋ）。　１．１．２管道泄漏模型　假设在泄漏点的上游距离泄漏点长度为Ｓ处有阀　门或调压设备，假定沿程阻力系数不变。　Ｏ＝Ｄ　（４）　式中，　为多变指数，当管内燃气流速较少时且　管道较长时取１，当管道内燃气流速较大或管道较短　时取１．３，ｄ为管道直径（ｍ），九为摩擦阻力系数，　上为泄漏处距管道起点的距离（ｍ）。　１．２泄漏事故危害后果分析　１．２．１燃气中毒分析　燃气发生泄漏后，不发生燃烧的情况下，在达到　

一定时间后会形成大面积的有毒区域，使处于危害范　围内的人员发生中毒或窒息。本部分首先通过高斯烟　羽和高斯烟团模型来分析燃气的扩散，之后通过燃气　中毒浓度表格对比分析燃气中毒的危害程度。　１．２．１．１高斯烟羽模型　一般连续源泄漏时，采用高斯烟羽扩散模型，假　设燃气管道在地面，则燃气泄漏浓度用公式５。　ｎ　、，２　２　Ｃ＝—　ｅｘｐ（一　一　）　（５）　Ａｏ　Ｏ－ｚ

ｙ　２Ｏ＇ｙ　２６　

式中，Ｃ为燃气泄漏浓度（ｋｇ／ｍ　），Ｑ为燃气　泄漏量（ｍｇ／ｓ），　，Ｙ，ｚ为与泄漏处的距离（ｍ），　ｏ　，　，Ｇ：为扩散参数，ｖ为风速（ｍ／ｓ）。　１．２．１．２高斯烟团模型　一般在瞬时泄漏时，采用高斯烟团扩散模型【３］，　假设燃气管道在地面，则燃气泄漏浓度用公式６。　

Ｃ＝　√２万　（ｒｘＣｒｙ￣ｒｚ　ｅ卅　㈣　

式中，Ｃ为燃气泄漏浓度（ｋｇ／ｍ　），Ｑ为燃气　泄漏量（ｍｇ／ｓ），　，Ｙ，Ｚ为与泄漏处的距离（ｍ），　Ｇ　，ｏ　，Ｇ　为扩散参数，ｖ为风速（ｍ／ｓ），ｔ为烟团从　泄漏源到计算点的流动时间（Ｓ）。　１．２．１．３计算扩散系数　扩散系数的选取要根据大气稳定度来确定，如表　１和表２所示　Ｊ。　表ｌ布里吉斯扩散系数（城市）表　稳定度　ｏ　，ｏ　（　）　ｏ　（　）　Ａ．Ｂ　Ｏ　３２　（１＋Ｏ．０００４　）　Ｏ．２４ｘ（Ｉ＋ｏ．ｏ０ｉｘ）　Ｃ　Ｏ．２２　（１＋Ｏ．０００４　）‘　Ｄ　Ｏ．１　６ｘ（１＋Ｏ．Ｏ００４ｘ）７２　０．１４ｘ（１＋Ｏ．Ｏ００３ｘ）　Ｂ＿Ｆ　０．１　Ｉｘ（１＋０．０００４　）。　Ｏ．０８　（１＋Ｏ．ＯＯ１５　）。　

表２帕斯奎尔大气稳定度划分表　１Ｏｍ高度上的　日问，太阳辐射强度　夜间，云量　风速（ｍ／ｓ）　强　由　弱　有云　无云　＜２　Ａ　Ａ．Ｂ　Ｂ　Ｅ　Ｆ　２．３　Ａ．Ｂ　Ｂ　Ｃ　Ｅ　Ｆ　３．５　Ｂ　Ｂ．Ｃ　Ｃ　Ｄ　Ｅ　５．６　Ｃ　Ｃ．Ｄ　Ｄ　Ｄ　Ｄ　＞６　Ｃ　Ｄ　Ｄ　Ｄ　Ｄ　

１．２．１．４确定伤害程度　将计算出的燃气泄漏浓度与表３进行对比，确定　

・４７・　中国公共安全・学术版　火灾科学　Ｃｈｉｎａ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ａｃａｄｅｍｙ　Ｅｄｉｔｉｏｎ　Ｆｉｒｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　２０１５年第２期总第３９期　

２Ｏ１　５　ＮＯ．２　Ｓｕｍ．ＮＯ．３９　

中毒事故的伤害程度。　表３　ＣＯ浓度与中毒症状表　ＧＯ浓度（ｋｇ／ｍ。）　症状　５．７×１盯　健康的成年在此浓度环境下时间不能超过８ｈ　Ｉ１．５×ｌｆ　健康的成年在此浓度环境下时间不能超过２ｈ　２２．９×１０　２ｈ后，出现轻微的疲劳、头痛、眩晕和恶　４５．８×１０　１ｈ到２ｈ内出现剧烈头痛，２ｈ后有生命危险　９１．６×１０　４５ｍｉｎ内出现眩晕、恶　及抽搐，２ｈ后进入昏迷状态，　２ｈ：￣，１３ｈＮ死亡　１８３－２×ｌＯ０　数分钟内死亡　液化石油气和天然气主要是使空气中的含氧量降　低，导致人员窒息。天然气的浓度在空气中达到１０％　时，可使人窒息死亡。　１．２．２燃气爆炸分析　采用蒸气云爆炸模型和ＴＮＴ当量法对燃气泄漏引　起的爆炸事故进行分析，并计算燃气爆炸事故所导致　的死亡半径，重伤半径和轻伤半径。　ｏ＇ｍ　｛　ｒ　（７）　式中，　为蒸气云的ＴＮＴ当量（ｋｇ），　为蒸　气云爆炸的效率因子，表明参与爆炸的可燃气体的分　数（一般取０．０３—０．０５），　为蒸气云爆炸中燃料的总　质量（ｋｇ），△日为燃气的燃烧热（ＭＪ／ｋｇ），（　为　ＴＮＴ的爆炸热（一般取４．５２ＭＪ／ｋｇ）　１．２．２．１死亡半径　假设死亡率取５０％，　Ｒ１：１３．６ｒ　（８）　１．２．２．２重伤半径　当爆炸冲击波峰值为４４０００Ｐ　ａ时，　破损几率为５０％的区域半径　。　：９．１８７　造成人体耳膜　１．２．２．３轻伤半径　当爆炸冲击波的峰值达到１７０００Ｐａ时，　耳膜破损几率为１％的区域半径　。　：１７．８７７　Ｍ　（９）　造成人体　（１０）　１．２．３燃气火灾分析　燃气泄漏引发的火灾主要是喷射火，通过计算喷　射火的热辐射通量，求出热辐射所导致的伤害程度。　１＝　Ｑ△Ｈ　（１１）　式中，，为燃气火灾的热辐射通量（Ｗ），巾效　率因子（一般取０．３５），Ｑ燃气泄漏速率（ｋｇ／ｓ），　为燃气的燃烧热（ｋＪ／ｋｇ）。　・４８・　在求出喷射火的热辐射通量后，通过表４　计算出　燃气火灾的热辐射伤害范围。　表４辐射危害程度表　热辐射通量　伤害半　（ＫＷ・ｍ２）　径（ｍ）　对设备的危害　对人的危害