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。可認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.

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[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。