PHAST软件在含硫天然气集输站场泄漏事故评估中的应用

PHAST软件在含硫天然气集输站场泄漏事故评估中的应用

张夏薇

四川成都

摘要：含硫天然气集输站场在运行过程中，不仅要考虑天然气的火灾、爆炸危险性，还应对高含硫天然气的扩散进行分析。采用挪威船级社的PHAST软件对根据硫化氢的扩散后果，确定井口、设备周边的无人居住区域，制定安全防护要求、人员疏散撤离线路，确保含硫天然气集输站场的安全生产。

关键词：含硫天然气集输站场；PHAST软件；定量计算

引言

含硫天然气集输站场在运行过程存在运行压力高、介质危险性大等特点。若发生天然气泄漏事故，含硫天然气扩散到空气中，可能引起周边居民和站场值守人员中毒，天然气遇点火源可能发生火灾、爆炸事故，造成人员受伤、设备损坏。对高含硫天然气集输站场进行风险分析和事故后果模拟，可以对站场事故后果进行预测，提前建立防护措施和事故应急处置措施，减小事故发生概率，降低事故影响后果。

一、天然气集输站场危险性分析

1.1含硫天然气集输站场基本情况

某天然气集气站设计规模15×104m3/d，设计压力8.5MPa，井口气经节流、加热、计量后输往下游。站内设置有水套炉、清管收发装置。

1.2主要危险有害因素分析

含硫天然气集输站场涉及的物料是天然气（含硫化氢），天然气属于易燃气体，密度比空气轻，与空气混合能形成爆炸性混合物，混合气体扩散达到爆炸极限时，遇点火源（如明火、雷电、电火花、静电等）、高热极易燃烧爆炸。硫化氢属于极易燃、有毒气体，密度比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。

站场设备、管道超压或腐蚀，设备、管道损坏，含硫天然气泄漏，可能造成人员中毒事故，遇点火源发生火灾、爆炸事故。

二、模拟计算

2.1 软件介绍

挪威船级社（DNV GL）作为全球领先的风险管理机构，在行业上拥有广泛的工程经验，其自主研发的量化风险评估软件PHAST，SAFETI，以及全球领先的火灾爆炸三维模拟CFD工具KFXEXSIM在全球拥有广泛的用户群体，其计算模型经过全球最大的火灾爆炸实验室DNV GL Spadeadam验证。

SAFETIIM软件包括Phast、Leak、Safeti，分别进行后果计算、失效频率分析和风险计算。其中PHAST是SAFETI软件的子模块，也可以独立运行进行计算。

2.2参数选取

根据定量风险评价导致和天然气集输站场所在地区的气象资料，本次模拟选取天气条件为风速3.0m/s、大气稳定度D两种气相条件进行计算。

集气站内法兰阀门泄漏、管线腐蚀泄漏等都会引起工艺装置区火灾爆炸以及中毒事故。站场井口、进出站管道上设有紧急截断（ESD）阀，当站内发生泄漏事故时，可自动关闭、切断气源，同时紧急放空系统自动开启，泄压放空。选取本项目涉及的站内高压管线进行计算，管道内径DN100，该段管道最大操作压力24MPa，泄漏孔径选取5mm、25mm和完全破裂三种情况进行模拟。

三、后果分析

3.1泄漏

经计算，站内高压管道不同孔径泄漏量见表2。

表2 站内高压管道不同孔径的泄漏量

3.2硫化氢扩散

放出的含硫天然气，若自始自终未遇火源，将在其自身动量与气象条件下，与空气混合、扩散形成含硫化氢的毒性云团。不同浓度硫化氢扩散距离与时间如表3所示。

表3 不同浓度H2S扩散距离与时间表

集气站中站内高压管道发生中孔破裂，下风方向（关注高度0m）空气中硫化氢的浓度≥1000ppm的最大距离为101m。

硫化氢为高毒危险源，硫化氢扩散浓度达到1000ppm的区域建议形成无人居住区域，当空气中硫化氢浓度到达安全临界浓度（20ppm）时，无任何人身防护的人员应进行撤离的区域；当空气中硫化氢浓度到达危险临界浓度（100ppm）时，有人身防护的现场人员，经应急处置无望，可进行撤离的区域。

3.3喷射火后果分析

喷射火焰热辐射强度随下风向距离的增加而变化。由于人在4.0kw/m2的环境下滞留20s(此时间内人可以逃离现场)只感觉疼痛，因此，一般以4.0kw/m2(地面1m高处)出现的距离为热辐射影响距离。集输站场内高压管道天然气泄漏发生喷射火的热辐射距离如表4所示。

表4 喷射火的热辐射距离

该高压管道发生中孔破裂天然气泄漏造成喷射火辐射强度25kW/m2的影响距离为56.96m，热辐射强度的影响距离为51.68m。

3.4蒸气云爆炸后果分析

泄漏出的天然气，若在泄漏口未遇火源，将在其自身动量和气象条件下，与空气混合、扩散形成可爆云团(假定云团在空旷的地形环境下稀释和扩散)，为估算爆炸造成的人员伤亡情况，一种简单但较为合理的预测程序一般是将危险源周围划分为死亡半径（0.03MPa）和轻伤半径（0.01MPa）。天然气大量泄漏可能形成可爆云团，蒸气云爆炸的影响半径如表5所示。

表5 蒸气云爆炸影响半径

该高压管道发生断裂形成蒸气云爆炸在下风方向超压值≥0.03MPa的影响范围为81.2m。

四、结语

天然气集输站场的事故后果计算结果，可作为含硫天然气集输站场的选址和设置社区报警、紧急集合点设置的依据。同时为企业对含硫天然气的危险性定量分析，提供有力支撑。后续企业可根据计算结果，制定切实有效的安全技术方案及管理方案，提高安全管理水平，实现安全平稳生产。

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