CNG储气瓶泄漏事故后果模拟分析评价

CNG储气瓶泄漏事故后果模拟分析评价摘要：CNG储气瓶由于高压和介质可燃爆两大事故因素，无论发生何种事故，都可能引发泄漏，火灾，化学爆炸和物理爆炸。本文即对CNG储气瓶泄漏后导致爆炸事故进行事故后果模拟分析，计算其爆炸冲击波的伤害范围。关键词：CNG储气瓶泄漏事故后果一、引言随着天然气在汽车能源中所占比重的增大，越来越多的加气站被建立，压缩天然气（CompressedNaturalGas，简称CNG）加气站是常见的一类，在各种CNG加气站里，通过压缩机加压压缩，强行将天然气储存在特制容器内，专供汽车加气的备用装置或系统，称为储气装置或储气技术[1]。CNG储气瓶是加气站常用的储气装置，该装置一般具有25～30MPa的高压，其储存的压缩天然气的主要成分是甲烷，属一级可燃气体，甲类火灾危险性，爆炸极限为5%～15%，最小点火能量仅为0.28mJ，燃烧速度快，燃烧热值高，对空气的比重为0.55，扩散系数为0.196，极易燃烧，爆炸，并且扩散能力强，火势蔓延迅速，一旦发生事故，难以控制[2]。CNG储气瓶由于高压和介质可燃爆两大事故因素，无论发生何种事故，都可能引发泄漏，火灾，化学爆炸和物理爆炸，如果事故得不到有效控制，还可相互作用，相互影响，促使事故扩大蔓延及至产生巨大的冲击波危害，因此，对其危害后果做出合理评价具有重大意义[1]。二、泄漏事故后果模拟分析假设某一加气子站内有3支4m3大容积储气瓶，其中一支储气瓶的瓶口处发生天然气泄漏，模拟分析如下：1.泄漏量计算1.1泄漏类型判断P-储气瓶组内介质压力，取25MPaP0-环境压力，取0.1MPa，则P0/P=0.004k-介质的绝热指数，取1.316，则介质流动属音速流动。1.2泄漏孔面积和喷射孔等价直径泄漏发生在储气瓶瓶口处，内径D0为6mm（泄漏孔100%计）泄漏孔面积A：A=πD02/4=2.83×10-5（m2）喷射孔等价直径D：D=D0（ρ0/ρ）1/2=6×（709.5/1290）1/2=4.45（mm）式中：ρ0-泄漏气体密度，kg/m3；取709.5ρ-环境温度下气体密度，kg/m3；取12901.3泄漏速度式中：Q0-泄漏速度，kg/sCd-气体泄漏系数，取1.00M-分子量，取16.04R-气体常数，取8.31J/（mol·K）T-气体温度，K；取273代入公式计算结果为：Q0=0.28kg/s二、造成爆炸需要的时间天然气泄漏后在空气中的浓度如达到其爆炸下限5%，遇点火源即可产生爆炸。设天然气的扩散体积为：V=50m3，其相对于空气的密度为0.55，则达到其爆炸下限5%的最小时间为：即在天然气泄漏6.3s后，遇明火、电火花、静电等，发生爆炸、火灾。三、爆炸冲击波的损害半径按下式计算爆炸冲击波的损害半径R：式中，E-爆炸能量，kJ，；N-效率因子，冲击波能量与总能量的比率，一般取N=10%；CS-经验常数，取决于损坏等级，按1、2、3、4级取值，见下表。爆炸冲击波的伤亡范围表三、结论1.根据泄漏事故模拟计算结果，当加气站储气瓶组内的天然气发生泄漏后，在泄漏6.3s后，遇明火、电火花、静电等，发生爆炸、火灾，爆炸冲击波对半径17.5m内的人员和设备会造成严重危害；爆炸冲击波同时对人员和设备造成损害的半径可达87.5m；对设备造成损坏的半径可达233m。2.加气站多数建于市区，当储气瓶发生爆炸事故时，有可能波及附近居民，因此其安全区域需要格外明确，以保证安全。3.对新建加气站，应严格履行政府部门各项审批手续，请有资质单位进行设计、施工、安装。而在经营过程中，应规范管理，确保运行安全。4.应请有资质的单位对储气瓶组及安全附件进行定期检测，确保储气瓶组安全使用。5.制定适宜的事故应急救援预案，并定期组织应急处置演练和伤员急救培训，提升危险化学品应急处置能力。6.定期进行安全检查，做到有制度、有落实、有检查、有提高，发现安全隐患及时消除。7.新员工上岗前应进行生产和防火安全技术培训，学习各项规章制度及安全操作规程、消防安全知识，并经考核合格后方可上岗；对一般从业人员进行经常性安全教育，不断提高职工防火安全意识和按章操作、遵守各项规章制度的自觉性；对外来参观、学习等人员应进行有关安全规定及安全注意事项的培训教育。8.随着加气站不断发展，应不断加大安全投入，积极采用先进的安全管理手段和方法达到防范目的，使加气站的安全管理工作实现科学化和标准化。参考文献[1]杨云伦.加气站CNG储气装置的安全评价及事故预防与处置技术[A].全国天然气汽车加气站技术研讨会论文集[C].2002，65（2）：6-8.[2]黄郑华，李建华，张良.压缩天然气加气站的安全设计[J].油气储运.2005，24（6）：47