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          管道研究

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          油氣管道泄漏速率計算差異及修訂建議

          來源:《管道保護》2022年第4期 作者:李安虎 時間:2022-8-25 閱讀:

          李安虎

          四川省誠實安全咨詢技術服務有限責任公司

           

          摘要:關于油氣管道泄漏速率計算公式有多項標準規定,計算結果存在差異。以液化天然氣和壓縮天然氣兩種物態,忽略物態的具體性質及標準的應用細節,分別以八項國內外標準規定舉例計算液體泄漏和氣體泄漏兩種狀態,將實際演算過程及結果列表比較。分析表明,除HJ 169-2018外,其他標準需要進行勘誤及改進;特別是美國石油學會API 581中公式或術語存在缺陷,國內行業標準在參考采用時核算不足。提出了相關修訂建議。

          關鍵詞:油氣管道;泄漏速率;演算結果對比;標準修訂建議

           

          泄漏速率作為管道安全管理定量計算的基礎數據,會據此計算排放濃度、池火災、噴射火等相關參數,影響安全防護距離的判斷,有必要深入探討。針對國內外各標準有關油氣管道泄漏速率計算結果差異,經查閱相關書籍及論文[1-7],未見詳細說明。筆者以SY/T 6714―2008《基于風險檢驗的基礎方法》、GB/T 27512―2011《埋地鋼質管道風險評估方法》、GB/T 34346―2017《基于風險的油氣管道安全隱患分級導則》、AQ/T 3046―2013《化工企業定量風險評價導則》、GB/T 26610.5―2014《承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則 第5部分:失效后果定量分析方法》、HJ 169―2018《建設項目環境風險評價技術導則》、GB/T 37243―2019《危險化學品生產裝置和儲存設施外部安全防護距離確定方法》、APIRP 581―2016(2019)《基于風險的檢測方法》(Risk-Based Inspection Methodology)八項標準為序,分別進行泄漏速率計算,比較結果差異并分析產生差異原因,進一步說明各標準的來源、公式及式項說明,指出一些標準存在的問題,并提出了修訂建議。

          1  泄漏計算結果比較

          1.1  液體泄漏計算

          假設液化天然氣管道管徑200 mm ,工作壓力0.8 MPa,環境壓力0.1 MPa,環境溫度20℃,發生中孔(D=25 mm或1in)破裂泄漏,液化天然氣密度以450 kg/m3計。摩爾質量M=16.04×10-3 kg/mol=16.04 g/mol。高度h以0計,Kv,n以1.0計,計算結果保留四位有效數字。泄漏速率計算忽略液化天然氣兩相流物理化學性質。

          (1)液體泄漏計算公式。

          根據各標準泄漏計算公式,將關鍵計算過程及計算結果列于表 1。


          表 1 液體泄漏計算公式及計算結果比較



          (2)液體泄漏計算說明。

          ①SY/T 6714―2008來源于API 581―2000,查閱API 581―2000,7.5.1(7.1)及附錄J.2.6.1(J.9),其公式中符號說明不一致,計算結果不可信。

          ②GB/T 27512―2011引用GB/T 20801.6―2006《壓力管道規范 工業管道第6 部分:安全防護》(已更新為2020版,不詳述)爆破片裝置的最小泄放面積液體計算公式,經轉換計算結果為Ws=7.524 kg ·s-1?烧J為是在公式簡化過程中出現差錯造成的。

          ③GB/T 34346―2017計算結果不同,原因是將原征求意見稿中的公式進行簡化過程中出現差錯造成的。以硫酸管道核算,管徑200 mm,工作壓力0.6 MPa,環境壓力0.1 MPa,環境溫度20℃,發生中孔(D=25 mm或1in)破裂泄漏,硫酸密度1840 kg/m3。摩爾質量M=98×10-3 kg/mol=98 g/mol。按上述八個標準順序計算結果分別為2.621×10-4、10.19、1.284×10-2、12.84、12.84、12.84、12.84、12.84(kg ·s-1),復核結果表明標準計算公式反映出的問題是一致的。

          1.2  氣體泄漏計算

          假設天然氣管道管徑200 mm,工作壓力1.6 MPa,環境壓力0.1 MPa,環境溫度20℃,發生中孔(D=25 mm或1in)破裂泄漏,天然氣質量熱容比γ=Cp/Cv=1.35。氣體流動屬音速流動。摩爾質量M=16.04×10-3 kg/mol=16.04 g/mol。計算結果保留四位有效數字。

          (1)氣體泄漏計算公式。

          根據標準計算公式,將關鍵計算過程及計算結果列于表 2。


          表 2 氣體泄漏計算公式及計算結果比較



          (2)氣體泄漏計算說明。

          ①SY/T 6714―2008來源于API 581―2000,原公式中溫度為蘭氏度(°R),SY/T 6714―2008變成華氏度(℉)是造成計算結果不同的原因。

          ②GB/T 27514―2011、GB/T 26610.5―2014、HJ 169―2018計算結果較一致,微小差異是Cd取值分別為0.85、0.90、1.00。HJ 169―2018與《安全評價師(國家職業資格一級)第二版》計算結果一致。

          ③GB/T 34346―2017計算結果不同,原因是原征求意見稿中公式簡化過程中出現差錯。

          ④AQ/T 3046―2013、GB/T 37243―2019計算結果與其他標準相差10-3/2倍。GB/T 37243―2019來源于AQ/T 3046―2013,而AQ/T 3046―2013引用了SY/T 6714―2008,SY/T 6714―2020采用自API 581―2000。由于之前標準中公式存在問題,導致結果失誤。

          ⑤APIRP 581―2016(2019)計算結果偏大,APIRP 581―2016(2019)4.13術語說明R=8.314 J/(kg·mol·K),數據或單位存在問題。

          2  公式中量和單位說明比較

          由于各標準對量和單位的排版格式不一,對公式式項中省略和遺漏部分進行了補充完善。為便于理解,根據文中計算例合理簡化。限于篇幅,僅對出現較大計算結果差異的公式式項做出說明。

          3  其他建議

          標準應統一為國家法定計量單位,增加標準可比性。表 3、表 4中已對部分標準提出修正建議。HJ 169―2018泄漏計算公式可作為其他標準的參考。GB/T 27512―2011液體泄漏計算公式建議更換,氣體泄漏計算公式建議簡化;GB/T 26610.5―2014泄漏計算公式建議簡化。建議標準編制說明有實際操作演算或實驗結果支持,增加實用性。根據標準開發的計算模式軟件,要有詳細的使用說明書和推算過程,計算結果可以復核。


          表 3 液體泄漏計算公式中量和單位說明及修改建議表


          表 4 氣體泄漏計算公式中量和單位說明及修改建議表

           

          參考文獻:

          [1]蔡鳳英,談宗山,孟赫,等.化工安全工程[M].北京:科學出版社,2001,176-188.

          [2]中國安全生產協會等.安全評價師(國家職業資格一級)第二版[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2010,86-92.

          [3]羅云.注冊安全工程師手冊(第二版)[M].北京:化學工業出版社,2012.9,133.

          [4]國家安全生產監督管理總局.安全評價(第3版,上冊)[M].北京:煤炭工業出版社,2005,553-554.

          [5]胡毅亭,饒國寧,陳網樺,等. 天然氣輸送管道泄漏事故危害定量分析[J].中國安全科學學報,2003,13(6):21-24.

          [6]張國軍,高志國,申龍涉,等.天然氣管道泄漏爆炸事故風險分析[J]. 遼寧石油化工大學學報,2012,32(3):66-69.

          [7]張建忠,楊鵬,王彥良,等.天然氣管道泄漏火災爆炸事故危害評價[C].第七屆寧夏青年科學家論壇論文集.2011:367-370.


          作者簡介:李安虎,1967年生,學士,化工工藝工程師,注冊安全工程師,二級安全評價師,主要研究方向為化工、檢測、環保及安全相關領域。聯系方式:18984524605,1281125167@qq.com。


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