2019年第5卷第2期
PETROLEUM TUBULAR GOODS & INSTRUMENTS
• 51 •
•储气库专题(
李丽锋
1 %2
%罗金恒1
%赵新伟1
%张华1 %武 刚1 %张 哲
7
(1•中国石油集团石油管工程技术研究院，石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室 陕西 西安710077 ；
2.中国石油大学(华东)山东 青岛257061 ;3•中国石油新疆油田公司 新疆 克拉玛依834000)
摘 要：针对储气库注采井蒸气云爆炸灾害，采用基于BEGGS 阻流模型和注采井无阻流量的井口设施泄漏率计算模型、以及基 于高斯烟羽的蒸气云散布模型和蒸气云爆炸TNT 当量法，研究了储气库注采井蒸气云爆炸致灾范围确定方法，并分析了井喷模式 下不同风速下注采井蒸气云爆炸对建筑物和人的致灾影响范围，为储气库泄漏后果评估与应急预案编制提供了技术支持。
关 键 词：地下储气库；泄漏；蒸气云爆炸；致灾
中图法分类号:TE38 文献标识码:A 文章编号：2096 -0077(2019)02 -0051 -03
DOI ：10.19459/j. cnki. 61 - 1500/te. 2019. 02. 012
Scope of Hazard Caused by Vapor Cloud Explosion of
Injection-withdrawal Wells for Underground Gas Storage
LI Lifeng 1%2 % LUO Jinheng 1 % ZHAO Xinwei 1 % ZHANG Hua 1 % WU Gang 1 % ZHANG Zhe 3
(1. State Key Laboratory of Performance and Structural Safety for Petroleum Tubular Goods and Equipment Materials %
CNPC Tubular Goods Research Institute % XP an % Shaanxi 710077 % China ； 2. China UnPersit# of Petroleum % Qindao %
Shandong 257061 % China ； 3. PetroChina Xinjiang Oipield Companf % Kelamaf % Xinjiang 834000 % China )
Abstraci : Aiming at the hazards of vapor cloud explosion for injection-withdrawal wells of gas storage % the methods te determine the hazard range of vapoa cloud explosion wera studied by using the calculation model of leakage rate of wellhead facilities based on BEGGS blocking
model and open low capacity of injection-withdiawal wells % vapoa cloud dispersion model based on gauss plume and TNT equivalent method of vapoa cloud explosion % and the hazard range of vapoa cloud explosion on buildings and people wera provided undea dOerent wind speeds
and blowout. The decision support can be provided foa leakage consequences assessment and emeaency plan.Key words : underaround gas storage ； leakage ； vapoa cloud explosion ； hazard
、 略储
备的重要基础设施。储气库系统“强 强采”的jdf
气田的 点，可的作用％
、、
的 作 ％ 储气
安全+ 1「3打储气库工作气 ％ 发生%
韩炼润滑油储气
的生 安全%
大的 失 的
。
，2015年
10月，美国加州Aliso Canyou 气藏型储气库SS -25井因
套管 发天然气 ％ 111天％ 1.1
% 失3.3 ，是美国 最
严重的天然气 事故+
4打
储气 采井发生天然气泄漏后，如果立即点燃,
则以喷射火导致的热辐射 为主；如果天然气发生扩
间后再点燃%则 导致扩散的蒸气云爆炸或者
蒸气云火灾；此外%若未发生点燃%则形成漂浮混合气
体％
中毒或窒息等灾害。因此%蒸气云爆炸是
储气库注采
的主要灾害类型之一，研究其灾害影
初投稿收稿日期:2019 -02 -15 ；修改稿收稿日期:2019 -03 -15
*基金项目：中国石油天然气集团公司科学研究与技术开发项目(2015E -4006)；国家重点研发计划(2016YFC0801204)
第一作者简介：作者简介：李丽锋，男，1983年生，高级工程师，硕士，目前主要从事油气管道及储运设施风险评估、检测评价及失效分析工
作 o E-mail :lilifeng004@ cnpc. com.
cn
・52・
条谕荤爲均仪器2019年4月
响范围对于保障人员及财产安全具有重要意义。本文针对储气采井蒸气云爆炸灾害，通过研究储气1采井蒸气云爆炸致灾范围，为储气后果评估与事故应急救援提供了决策支持。
1.1泄漏分析场景选择
注采井泄漏包括通过井口设施泄漏和通过地层迁移泄漏两种主要类型。通过井口设施i可直接泄漏至大气，并包括小泄漏、大裂三种失效模式+4,。通过迁移存至其他而未泄至大气、迁移距离后至大气两种情况'对于通过迁移且未至大气的情况，后果只考虑天然气损耗的失，而对至大气的情况，则需考虑灾。从泄漏模式来看，通过口设施、通过迁移且至大气的模式导致蒸气云爆炸灾害发生。考虑通过迁移泄漏模式的不确多，天然气
大，因此，行蒸气云爆炸灾害分析时，主要考虑通过口设施泄漏模式。
1.2通过井口设施泄漏的泄漏率计算模型
井口装置泄漏点具有节流效应，通过井口装置泄漏可采用Beggs(1984)+5，立的模型计。计，要气体属于亚音动还是音速流动，前者称为次临界流，后者称为临界流。临界流的发生与大气之比。因此，通过井口装置的式1或式2计算的与注采中的最小值+6打
(1)界流情形(音)
q=3槡!TJdm KM](1$上式需满足的条件为p"(1l k o此时，下游
P2的变化不会对气体生影响。
(2)亚临界流情形(亚音速)
"窪O槡WW1(2)
M
上式满足条件为P#(W o此时，下游P2的
p\1+K
降低，气体大。
其中：q c为气体泄漏,m3/d；K为介质的指定比热;P1为，点处的压力,kPa；P2为下游压力，对于井口装置来说，等于大气,kPa；d为
寸,mm；Z]为点处的气体系数；T1为介动,K；人为天然气相对。
1.3蒸气云的散布模型
天然气通过井口设施泄漏至大气后，进入大气的气体顺风，形的云如果点燃燃烧或爆炸，若不发生点燃或者爆炸，则形导员窒息的混合气。本模设天然气，采模来
气体的扩散，地面P高点源的模式(3) +7-9打
C(x,f,Q)二M ex p(f)・
2n#a x a f$狼文化
{啊-刃丫屮啊-勺护)]}(3)其中：(x,fQ为空间点相对于泄漏点的坐标,m；C 为介间点(x,f,Q和t寸刻的, kg/
m3;Q为泄漏速率,kg/s；“为风速，m/s；P为有效源高,m，等于泄漏源高度和抬升高度之和；$,$,$分为风、风的系,m。系与大气、风速、辐射等级等有关，大气，有扩散；反之则越不扩散，不意
气团，危险越大。
1.4蒸气云爆炸灾害模型
TNT当量法、TNO多能法、BS os-Strehlow模型是蒸气云爆炸的分析模型，其中TNT简
行，采蒸气云爆炸分析，其主要！是将蒸气云爆炸的作TNT爆炸的破坏作+ 10-11]o蒸气云爆炸产生的主要，其公式如式(4)。
P E二0.145x exp[9.097-(25.131n
(；)-5.267
(4)
式中,r为距离,m；M tnt为当量TNT质量,kg。
M tnt二2.07x10-Y f M C H c(5)式中,Y a为屈服因子，对碳氢化合物为0.03；Hc为燃烧热,J/kg；M＜为
可燃气体云的,kg o
M C=Q e t L1R a(6)式中，Qe ff为,kg/s；L1二min(x(FL,u$0),x lfl为下可燃极限散布距离,m。
1.5蒸气云爆炸致灾影响范围
蒸气云爆炸生的员或
)]
2019年第5卷第2期李丽锋等：储气库注采井蒸气云爆炸致灾范围研究-53-
，则如表1所示。蒸气云爆炸致灾范围蒸气云爆炸与蒸气云扩散距离的来确定，计，要合考虑蒸气云扩散距离、则和TNT当量确定的超压0为起见，选择天然气与空气的爆炸（天然气气中为5%）确定蒸气云扩散距离，选择蒸气云爆炸确蒸气云爆炸的
表1冲击波超压破坏准则kPa 超压建筑物超压对的
5.88-9.81玻璃大部分碎20-30轻微伤害
20.7-27.6油储罐破裂30-50中等损伤
68.65-98.07砖墙倒塌50-100严重损伤
196.1-294.2大钢架结构>100大部分
依据前文的蒸气云爆炸致灾范围确定方法，以某储气为例，研究分析了该注采喷、15 min和不考虑情况下的蒸气云爆炸事故情景，并分析了不同风对蒸气云爆炸致灾范围的。某注采井基本参2，喷油管76mm，通过井口设施的泄漏率计算模知，天然气泄漏速率为&34kg/s。
表2某注采井基本参数
参位取值井口最大压力MPa28
大气压力MPa0.101
油管直径mm88.9
油管壁厚mm 6.45
天然气温度K333.1
标况温度K273.1
天然气k/m30.6
效率因子/0.35天然气燃烧热J/kg50000000辐射率/0.2
无阻流量m3/\1200000
大气/D
2.1蒸气云扩散距离
大气D，随风速的，天然气扩快，点的随着风速的增大而降低；风速由1m/s变为5m/s时，当蒸气云为爆炸
的扩散范围明显减小，如图1所示0
-20
050100
顺风向扩散距离/m
150图1蒸气云浓度为爆炸极限下限值时的扩散半径
2-2蒸气云爆炸超压伤害半径
随着风速的增加，天然气泄漏扩快，在风由1m/s变为5m/s时，蒸气云火爆炸对
范围减小，如图2"对人的严重损伤
范围呈现总体趋势，如图3。
120
受压面玻璃油储備破製砖境倒塢大型钢架
大部分破碎结构破坏
45
40
35
30
25
20
15
10
5
图2蒸气云爆炸超压对建筑物的伤害半径
轻微伤害中等损伤严重损伤犬部分死亡
图3蒸气云爆炸超压的害
2.3蒸气云爆炸致灾范围
随着风速的，蒸气云爆炸致灾范围明，
3。风的增大有天然气事故的扩，参与爆炸的天然气云团质量快，减小事故的范围。（下转第65页
）
2019年第5卷第2期刘真志等：储气库变电站节能降耗实践与效果-65-
在变电站设计阶段，企业应结合其生产运行方式及用电负荷的特点合理配置相应容量的主变压器，让变压 器在实际运行中充分发挥效率、不使电能损耗，达到经济运行的目的，同时变压器容量与负荷匹配也可节约大量的基本电费，该措施一举两得，可为企业节约大量的电费成本。根据电力部门对功率因数的考核要求，投入必要的集中无功补偿装置(高压并联电容器)既能减少无功损耗，提高用电设备的输出效率，达到优质供电的目的，又可节约电费成本。作为用电成本较高的企业，积极关注政府部门关于电价方面的有利政策和制度，结合企业本身用电特点采取合理的电费交易方式，能削减电费成本，是一种节能降耗最简单有效的方式。
参考文献
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国电力出版社,2016.
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江西大宇学院GB50227-2017+ S]当匕京：中国计划出版社,2017.
(编辑：马小芳)
(上接第53页)
表3蒸气云爆炸致灾范围
建筑物人风速-------------------------------------------------------------------------------------------
/(m•s_1)玻璃大部
分破碎/m 油储罐
破裂/m
砖墙倒塌
/m
大型钢架
结构破坏/m
轻微伤害/m中等损伤/m严重损伤/m
大部分sm女子婚内出轨染艾滋病
1149.3593.0372.2563.9993.9484.5776.1468.62 384.5652.4140.5635.8452.9347.5942.7838.48 564.9940.2031.0627.4340.6036.4832.7729.46
1)蒸气云爆炸是储气库注采井泄漏的灾害类型之一，建议在储气库安全设计、风险评估和应急预案编制时予以考虑。
2)综合井口设施泄漏率计算模型、蒸气云散布模型和蒸气云爆炸灾害模型，可确定注采井蒸气云爆炸致灾影响范围，为储气库泄漏后果评估与应急预案编制提供技术支持。
3)环境风速的增加有利于事故物质的扩散、稀释，从而事故安全疏散范围可以显著的减小。
参考文献
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(编辑：
马小芳)
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