李安虎

四川省誠(chéng)實(shí)安全咨詢技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司

摘要：關(guān)于油氣管道泄漏速率計(jì)算公式有多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，計(jì)算結(jié)果存在差異。以液化天然氣和壓縮天然氣兩種物態(tài)，忽略物態(tài)的具體性質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用細(xì)節(jié)，分別以八項(xiàng)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定舉例計(jì)算液體泄漏和氣體泄漏兩種狀態(tài)，將實(shí)際演算過(guò)程及結(jié)果列表比較。分析表明，除HJ 169-2018外，其他標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)行勘誤及改進(jìn)；特別是美國(guó)石油學(xué)會(huì)API 581中公式或術(shù)語(yǔ)存在缺陷，國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在參考采用時(shí)核算不足。提出了相關(guān)修訂建議。

關(guān)鍵詞：油氣管道；泄漏速率；演算結(jié)果對(duì)比；標(biāo)準(zhǔn)修訂建議

泄漏速率作為管道安全管理定量計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，會(huì)據(jù)此計(jì)算排放濃度、池火災(zāi)、噴射火等相關(guān)參數(shù)，影響安全防護(hù)距離的判斷，有必要深入探討。針對(duì)國(guó)內(nèi)外各標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)油氣管道泄漏速率計(jì)算結(jié)果差異，經(jīng)查閱相關(guān)書籍及論文[1-7]，未見詳細(xì)說(shuō)明。筆者以SY/T 6714―2008《基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)方法》、GB/T 27512―2011《埋地鋼質(zhì)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法》、GB/T 34346―2017《基于風(fēng)險(xiǎn)的油氣管道安全隱患分級(jí)導(dǎo)則》、AQ/T 3046―2013《化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》、GB/T 26610.5―2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 第5部分：失效后果定量分析方法》、HJ 169―2018《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》、GB/T 37243―2019《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施外部安全防護(hù)距離確定方法》、APIRP 581―2016（2019）《基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)方法》（Risk-Based Inspection Methodology）八項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)為序，分別進(jìn)行泄漏速率計(jì)算，比較結(jié)果差異并分析產(chǎn)生差異原因，進(jìn)一步說(shuō)明各標(biāo)準(zhǔn)的來(lái)源、公式及式項(xiàng)說(shuō)明，指出一些標(biāo)準(zhǔn)存在的問(wèn)題，并提出了修訂建議。

1  泄漏計(jì)算結(jié)果比較

1.1  液體泄漏計(jì)算

假設(shè)液化天然氣管道管徑200 mm ，工作壓力0.8 MPa，環(huán)境壓力0.1 MPa，環(huán)境溫度20℃，發(fā)生中孔（D＝25 mm或1in）破裂泄漏，液化天然氣密度以450 kg/m3計(jì)。摩爾質(zhì)量M＝16.04×10-3 kg/mol＝16.04 g/mol。高度h以0計(jì)，Kv,n以1.0計(jì)，計(jì)算結(jié)果保留四位有效數(shù)字。泄漏速率計(jì)算忽略液化天然氣兩相流物理化學(xué)性質(zhì)。

（1）液體泄漏計(jì)算公式。

根據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)泄漏計(jì)算公式，將關(guān)鍵計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果列于表 1。

表 1 液體泄漏計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果比較

（2）液體泄漏計(jì)算說(shuō)明。

①SY/T 6714―2008來(lái)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(hào)說(shuō)明不一致，計(jì)算結(jié)果不可信。

②GB/T 27512―2011引用GB/T 20801.6―2006《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道第6 部分：安全防護(hù)》（已更新為2020版，不詳述）爆破片裝置的最小泄放面積液體計(jì)算公式，經(jīng)轉(zhuǎn)換計(jì)算結(jié)果為Ws=7.524 kg ·s-1。可認(rèn)為是在公式簡(jiǎn)化過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)造成的。

③GB/T 34346―2017計(jì)算結(jié)果不同，原因是將原征求意見稿中的公式進(jìn)行簡(jiǎn)化過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)造成的。以硫酸管道核算，管徑200 mm，工作壓力0.6 MPa，環(huán)境壓力0.1 MPa，環(huán)境溫度20℃，發(fā)生中孔（D＝25 mm或1in）破裂泄漏，硫酸密度1840 kg/m3。摩爾質(zhì)量M＝98×10-3 kg/mol＝98 g/mol。按上述八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)順序計(jì)算結(jié)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(fù)核結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式反映出的問(wèn)題是一致的。

1.2  氣體泄漏計(jì)算

假設(shè)天然氣管道管徑200 mm，工作壓力1.6 MPa，環(huán)境壓力0.1 MPa，環(huán)境溫度20℃，發(fā)生中孔（D＝25 mm或1in）破裂泄漏，天然氣質(zhì)量熱容比γ＝Cp/Cv＝1.35。氣體流動(dòng)屬音速流動(dòng)。摩爾質(zhì)量M＝16.04×10-3 kg/mol＝16.04 g/mol。計(jì)算結(jié)果保留四位有效數(shù)字。

（1）氣體泄漏計(jì)算公式。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式，將關(guān)鍵計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果列于表 2。

表 2 氣體泄漏計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果比較

（2）氣體泄漏計(jì)算說(shuō)明。

①SY/T 6714―2008來(lái)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(jì)算結(jié)果不同的原因。

②GB/T 27514―2011、GB/T 26610.5―2014、HJ 169―2018計(jì)算結(jié)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(píng)價(jià)師（國(guó)家職業(yè)資格一級(jí)）第二版》計(jì)算結(jié)果一致。

③GB/T 34346―2017計(jì)算結(jié)果不同，原因是原征求意見稿中公式簡(jiǎn)化過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)。

④AQ/T 3046―2013、GB/T 37243―2019計(jì)算結(jié)果與其他標(biāo)準(zhǔn)相差10-3/2倍。GB/T 37243―2019來(lái)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(biāo)準(zhǔn)中公式存在問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)果失誤。

⑤APIRP 581―2016（2019）計(jì)算結(jié)果偏大，APIRP 581―2016（2019）4.13術(shù)語(yǔ)說(shuō)明R=8.314 J/（kg·mol·K），數(shù)據(jù)或單位存在問(wèn)題。

2  公式中量和單位說(shuō)明比較

由于各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)量和單位的排版格式不一，對(duì)公式式項(xiàng)中省略和遺漏部分進(jìn)行了補(bǔ)充完善。為便于理解，根據(jù)文中計(jì)算例合理簡(jiǎn)化。限于篇幅，僅對(duì)出現(xiàn)較大計(jì)算結(jié)果差異的公式式項(xiàng)做出說(shuō)明。

3  其他建議

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)統(tǒng)一為國(guó)家法定計(jì)量單位，增加標(biāo)準(zhǔn)可比性。表 3、表 4中已對(duì)部分標(biāo)準(zhǔn)提出修正建議。HJ 169―2018泄漏計(jì)算公式可作為其他標(biāo)準(zhǔn)的參考。GB/T 27512―2011液體泄漏計(jì)算公式建議更換，氣體泄漏計(jì)算公式建議簡(jiǎn)化；GB/T 26610.5―2014泄漏計(jì)算公式建議簡(jiǎn)化。建議標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明有實(shí)際操作演算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果支持，增加實(shí)用性。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的計(jì)算模式軟件，要有詳細(xì)的使用說(shuō)明書和推算過(guò)程，計(jì)算結(jié)果可以復(fù)核。

表 3 液體泄漏計(jì)算公式中量和單位說(shuō)明及修改建議表

表 4 氣體泄漏計(jì)算公式中量和單位說(shuō)明及修改建議表

 

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李安虎，1967年生，學(xué)士，化工工藝工程師，注冊(cè)安全工程師，二級(jí)安全評(píng)價(jià)師，主要研究方向?yàn)榛�工、檢測(cè)、環(huán)保及安全相關(guān)領(lǐng)域。聯(lián)系方式：18984524605，1281125167@qq.com。