天然气站场冷放空中硫化氢扩散分析

孟令兵

摘 要：硫化氢（H2S）作为一种有毒气体，广泛存在于天然气当中。该文采用挪威船级社（DNV）的定量风险分析软件PHAST，搭建国外某天然气站场的放空模型。分析表明，在同等释放速率下，风速越小，硫化氢的危害区域越远离地面;相同风速条件下，天然气释放速率越小，硫化氢的危害区域越贴近地面，对运行人员危害的可能性越大。

关键词：天然气;硫化氢;冷放空;健康;PHAST

天然气放空的同时硫化氢会随之扩散到大气中，作为一种大气污染物，它严重影响人类的健康。在低浓度时会刺激人的眼睛、鼻子、喉咙和呼吸系统;高浓度会导致休克、急速的昏迷和死亡。

1 搭建含硫化氢天然气扩散模型

1.1 气体扩散控制方程

冷放空气体扩散遵循质量、动量、能量和物质组分守恒方程，建立冷放散气体扩散数值模拟基本方程组，即：

（1）

式（1）中四项分别表示瞬态项、对流项、扩散项以及源项，其中：

ρ为密度;

Φ为通用变量;

u为速度;

Γ为扩散系数;

SΦ为源项。

1.2模型选取及边界条件

PHAST软件是一种专门用于石油石化和天然气领域危险分析和安全计算软件。采用软件内嵌的UDM气体扩散模块可以模拟浮气、中气、重气的各种连续或者瞬时释放源，适用于包括含有硫化氢天然气在内的多种易燃、有毒的多组分气体。

1.2.1 大气稳定度和风速参数

Pasquill- Gifford根据风速的大小和白天阳光辐射的强弱或夜晚云层的覆盖程度对大气稳定度划分了从A到F六个等级，见表1。

1.2.2 其他主要參数

天然气的气质组分，见表2;

天然气的放空工况，见表3。

2 模拟结果及分析

通过模拟放空中存在的三种不同工况，考虑风力条件为5D和1F，硫化氢在三个浓度限值下的扩散结果：

速率为3.77 kg/s时，在5D风力下，TLV?-TWA阀限值的硫化氢扩散半径56m，如图1（a）所示;

在夜间稳定风速1F下的扩散半径为54.3m，如图1（b）所示。

速率为9.86 kg/s时，在5D风力下，TLV?-TWA阀值的硫化氢扩散半径74m，如图1（c）所示;

在夜间稳定风速1F下的扩散半径为89.5m，如图1（d）所示。

速率为16.41 kg/s时，在5D风力下，TLV?-TWA阀值的硫化氢扩散半径89m，如图1（e）所示;

在夜间稳定风速1F下的扩散半径为92m，如图1（f）所示。

3 结论及建议

在相同释放速率下，风速越小越稳定，空气的湍流强度越小，硫化氢的危害区域离地面越高。相同风力条件下，天然气的释放初速度就越大，硫化氢的危害区域距离地面越远。硫化氢的浓度随着扩散范围的增大逐渐降低，当从5ppm阀限值降低到3.5ppm限值时，硫化氢的危害区域略有扩大。