PHAST软件在输气站场泄漏事故后果评估中的应用

蒋立军，刘 峰，高 震，高子惠

（1. 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺113000； 2. 中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井一公司， 辽宁 盘锦 124010）

PHAST软件在输气站场泄漏事故后果评估中的应用

蒋立军1，刘 峰1，高 震1，高子惠2

（1. 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺113000； 2. 中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井一公司， 辽宁 盘锦 124010）

天然气输气站场是天然气长输管道系统重要组成部分，属于易燃易爆场所，主要风险为可燃天然气的扩散及其火灾爆炸。采用挪威船级社的PHAST 软件分别对西气东输某站天然气扩散和火灾爆炸影响进行了定量计算和影响分析，并得出此站场的个人风险图表提出了风险防范依据，为提高天然气输气站场安全管理水平，降低事故风险提供依据，为输气站的安全设计提供指导。

输气站场；PHAST软件；泄漏爆炸；定量计算；后果评价

天然气站场作为输气系统的重要组成部分，承担着保障输气运行和管道安全平稳的任务，但输气站场点多、面广、环境偏远、站场内设备集中、人员结构复杂，一旦发生火灾爆炸事故，不仅可能造成设备损坏、人员伤害，更可能致使整条管线瘫痪。所以，对天然气长输管道的输气站进行风险分析和事故后果模拟是一项具有现实应用价值的研究。

1 天然气站场的危险有害分析及事故分类

1.1 天然气站场的基本情况

某天然气站场最大设计天然气处理能力9 329 ×104Nm3/d，来气经气质在线分析、计量、过滤、聚结和增压、冷却后输往下游。

主要工艺设施及系统包括：在线气质分析设备；计量设备；过滤、聚结设备(过滤分离器、气-液聚结器各6台)；增压设备(采用4台单机功率为30 MW等级的燃气轮机驱动离心式压缩机组按3用1备运行)；清管器发送设备；紧急截断系统；自用气处理橇；压缩空气系统；放空、排污系统等。对上游来气进行总计量后，再进行气体在线分析，然后通过汇气管进入过滤分离器进行分离，之后进入离心式压缩机组增压。

1.2 危险性分析

西气东输二线工程气源主要包括中亚土库曼斯坦、哈萨克斯坦来气和塔里木气田来气，主要成分为甲烷，在空气中，天然气的体积分数只要达到在通常环境中引起燃烧和爆炸。逸散的天然气和空气混合，当浓度达到爆炸下限时，如遇明火就会发生爆炸[1]，这是天然气事故中危害与损失最大的一种；如果未达到爆炸下限，遇明火则会发生燃烧。

1.3 事故模拟分析

引发站场事故的主要危险、有害因素表现为站内管道破裂、站场设备故障和设备泄漏等。一旦泄露会引起蒸气云爆炸，闪火，喷火等事故[2]。

2 PHAST软件模拟计算

2.1 PHAST软件介绍

挪威DNV公司开发的量化风险评估计算软件包括LEAK软件包和PHAST软件包两部分[3]。

LEAK软件包可以分别按泄漏孔径和物料泄漏量两种模式进行泄漏频率计算，其结果可以为其他量化风险软件的计算提供输入参数。DNV公司通过对石油化工行业多年来所发生的灾难事故的统计和分析，建立了泄漏事故统计数据库，并定期更新，不断对软件进行升级。

PHAST软件包可将事故发生的频率与过程结合，根据泄漏介质的特性、当地气温、风速、点火源位置、人员分布等条件，计算模拟事故的火灾热辐射和爆炸冲击波的范围等。

2.2 参数设置

利用SAFETI软件对该站场进行事故后果计算，该站场的基础输入参数为平均气温8.0℃，静风风速1.5 m/s，平均风速2.1 m/s最大风速34 m/s，地面粗糙度0.09，占地面积4 2171 m2进站温度20 ℃，进站压力7.0 MPa，进站流量9 277(104m3/d)。其中，计算物质选用甲烷，这是因为SAFETI软件预设的物质库中没有天然气混合物，而本工程中天然气组分中甲烷含量较高。地面粗糙度取0.09，是根据DNV公司风险分析软件资料介绍，此值适用于露天场地。

2.3 事故模型建立

各站场存在着因高压、腐蚀而造成天然气泄漏、甚至破裂的危险，主要灾害形式是火灾和爆炸。因此，对该站场建立事故模型时，考虑了站内天然气泄漏和破裂两种情况。输入完毕计算所需参数后，SAFETI软件根据建立的事故模型，计算出特定条件下的事故后果。由于管道破裂产生的后果大于火炬放空时的后果，因此，在事故模型建立时，不考虑火炬放空时出现的后果。

2.4 计算结果

2.4.1 事故频率计算及结果

泄漏和破裂的事故频率计算，用LEAK软件包进行，计算结果该站的泄漏事故频率为0.033 5(次/a)破裂事故频率为0.004 1(次/a)这个结果也作为建立事故模型时的输入参数。

2.4.2 事故后果计算及结果

站场事故后果计算结果见表1。

表1 站场事故后果计算结果Table 1 Transmission station accident consequence result

2.4.3 事故风险计算及结果

将该站场平面布置图输入作为图形文件，定义原点和比例。在图上标注站场内的点火源与人员分布的区域。软件根据输入的这些参数，并自动结合前述事故频率计算结果与事故后果，得到事故风险计算结果。该站场年个人风险[4]等高线(IRPA)计算结果见图1。

图1 年个人风险(IPRA)等高线分布Fig.1 The contour map of personal risk

3 事故后果分析

（1）该站场的工艺装置区泄漏事故的频率较高。这是因为各站场内的设备、管线相对集中于工艺装置区内，而法兰、阀门、接头都是站内天然气易泄漏的部位。

（2）事故后果计算结果中的影响范围指的是着火点与达到热辐射强度或超压冲击波之间的直线距离。结合现场踏勘的情况，对各站场事故后果计算结果的分析如下：该站喷火、火球及爆炸影响范围的计算结果见表2-5。

表2 泄漏喷火影响范围［5］Table 2 The influence scope of leak eruption

从计算结果中看到，在平均风速2.1 m/s、大气稳定度D条件下，因天然气泄漏而引发喷火的热辐射(辐射强度为12.5 kW/m2)影响范围约26.9 m。若天然气泄漏持续一段时间，将可能引发闪火或蒸气云爆炸，在上述风速与大气稳定度下，后期爆炸的最大影响范围为46.7 m；若发生破裂事故，可造成人员轻微伤害的冲击波影响范围为331.4 m，火球热辐射强度达到12.5 kW/m2时的影响距离为903.0 m。

表3 泄漏后期爆炸影响范围Table 3 The influence scope of exploding in the later stage of leakage

表4 破裂火球影响范围Table 4 The influence scope of fracture fireball

表5 破裂后期爆炸影响范围[6]Table 5 The influence scope of exploding in the later stage of fracture

风险计算结果表示了由于站场工艺装置区内发生泄漏或破裂时对站内人员及站内建构筑物造成的危险等级。从风险轮廓图中可以得出，年个人风险值均不大于1×10-4人/a，风险值处于中、低风险区[7]。需要在站场中采取相应的预防措施，将风险降低到完全可接受的水平(1×10-5人/a)。

4 结 论

（1）天然气输气站场发生火灾、爆炸的后果都非常严重。对比喷射火、火球和爆炸三者对人和建筑物的影响程度，破裂火球产生的危害要大于喷射火和爆炸且基本不受风速影响；

（2）不同风速的下的泄漏源产生的影响严重程度不同。随着风速的增大，热辐射强度变小，爆炸的影响范围却扩大；

（3）天然气输气站场的总平面布置、安全设备设施设计应考虑安全防护距离， 输气站的安全管理及事故预防均应考虑事故的影响范围。

（4）输气站场事故发生具有不确定性，因此，运用SAFETI6.5.1 软件对各种常见事故模型进行定量模拟计算，模拟结果对输气站的安全运行和事故预防具有一定的指导意义。

［1］ 朱伯龄，PHAST 软件对液化天然气泄漏扩散的研究[J].计算机与应用化学，2009,26（11）:1419.

［2］ 劳敏.基于PHAST软件的CNG加气站安全评价[J].上海市特种设备监督检验技术研究，2012,.2（上）：218-219.

［3］ 韩文峰.油气集输联合站火灾爆炸危险分析与事故后果模拟[J].中国石化胜利油田新疆勘探开发中心，2011，11（3）：40-43.

［4］ 吴宗之，多英全，魏利军，关磊．区域定量风险评价方法及其在城市重大危险源安全规划中的应用[J]．中国工程科学，2006，8(4)： 46-49.

［5］ 刘铁民，张兴凯，刘功智．安全评价方法应用指南[M]．北京：化学业出版社，2005-02：63-341.

［6］ 王涛.CNG加气母站风险分析及事故后果模拟[J].经济管理与安全环保，2010，30（9）:108.

［7］ Phani K．Raj，Theodore Lemoff．Risk analvsis based LNG facility siting standard in NFPA59A[J]．Joumal of Loss Prevention in the Process Industries，2009，22：820-829.

Application of PHAST Software in Gas Transmission Station Leakage Accident Consequence Assessment

JIANG Li-jun1，LIU Feng1，GAO Zhen1, GAO Zi-hui2
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China；2. Drilling No.1 Branch,Greatwall Drilling Engineering Company, CNPC, Liaoning Panjin 124010，China)

Gas transmission station is an important part of the system of natural gas transmission pipeline; it also belongs to flammable and explosive place. Its main risk is the spread of the combustible gas and fire explosion. In this article, Det Norske Veritas PHAST software was adopted to respectively carry out quantitative calculation and analysis of gas diffusion and fire explosion influence factors of a station in west to east gas pipeline, then the yard personal risk chart was obtained, and risk prevention basis was put forward, which could improve the natural gas station safety management level and reduce the accident risk.

Gas transmission station; Phast software; Leakage explosion; Quantitative calculation; Consequence evaluation

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）02-0292-03

2014-09-04

蒋立军（1987-），男，河北唐山人，研究生，2015年毕业辽宁石油化工大学安全科学与工程专业，研究方向：石化设备风险管理及安全评价。E-mail：824892525@qq.com。