天然氣壓縮機(jī)房可燃?xì)怏w泄漏狀態(tài)分析

分子擴(kuò)散是物質(zhì)傳遞的一種重要方式，只要存在濃度梯度（濃度差）、壓力梯度，天然氣就會(huì)自發(fā)地發(fā)生由高壓區(qū)向低壓區(qū)、高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的質(zhì)量傳遞，直至壓力、濃度達(dá)到平衡。天然氣壓縮機(jī)房可燃?xì)怏w泄漏，主要發(fā)生在壓縮機(jī)進(jìn)出口管道上的各種連接件。泄漏規(guī)模一般是按照泄漏孔徑的大小劃分，法蘭及其它連接件的泄漏也可以用當(dāng)量孔徑來衡量。即天然氣管道泄漏一般為孔口泄漏，泄漏過程可看作是可壓縮氣體的孔口出流。

從事故事件調(diào)查情況看，小規(guī)模（小孔徑）泄漏事故發(fā)生的可能性較大，大規(guī)模（大孔徑）泄漏事故發(fā)生的可能性較小。事實(shí)上，若天然氣管道發(fā)生大規(guī)模泄漏，泄漏出的天然氣將迅速充斥整個(gè)壓縮機(jī)房空間，可燃?xì)怏w探測器布置在任何位置都將能夠有效探測。因此，有關(guān)可燃?xì)怏w探測器布置，只需要考慮小規(guī)模泄漏。這里，將泄漏點(diǎn)看成是1個(gè)足夠小的孔，將管道看成是一個(gè)容積足夠大的容器。因而，管道內(nèi)壓力不會(huì)受泄漏影響而發(fā)生變化，即等壓泄漏。

1、通風(fēng)不良環(huán)境可燃?xì)怏w泄漏狀態(tài)

在封閉場所內(nèi)，由于通風(fēng)不良（可以理解為靜風(fēng)環(huán)境），天然氣自泄漏孔口噴射出來后呈高濃度高壓力狀態(tài)，與周圍環(huán)境存在較大壓差，并局部產(chǎn)生漩渦，形成“真空區(qū)”，周邊氣體會(huì)橫向流向射流邊界層，從而彌補(bǔ)由“真空區(qū)”造成的低壓，壓力會(huì)在很短時(shí)間、很小范圍內(nèi)與周圍環(huán)境平衡，并與周圍介質(zhì)發(fā)生摻混，不斷地向大氣擴(kuò)散，從而形成一種自由擴(kuò)散形態(tài)，濃度和速度分布基本上都呈對稱分布。

由于天然氣的分子量約為16，不足空氣平均分子量（29）的60%，泄漏的天然氣在空氣中將受到鉛直向上的浮力的作用。在距離泄漏孔口不遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)，初始動(dòng)量起主要作用，其流動(dòng)特性與純射流相近，基本上不受空氣的影響。而隨著噴射距離的增大，其射流的寬度逐漸增大，分布區(qū)域逐漸變大，由于沿程卷吸周圍靜止流體的阻滯作用，初始的動(dòng)量作用漸漸減弱。相反，浮力作用逐漸突出，最終占據(jù)主導(dǎo)地位，天然氣自由擴(kuò)散程度越來越大，最終運(yùn)動(dòng)高度可達(dá)區(qū)域空間頂部，其泄漏狀態(tài)總體呈蘑菇云狀。若泄漏點(diǎn)在管道上方，射流鉛直向上，此時(shí)在泄漏點(diǎn)水平距離較遠(yuǎn)處一定高度范圍內(nèi)將成為監(jiān)測死角。事實(shí)上，無論是垂直方向還是水平方向，隨著擴(kuò)散距離的延伸，天然氣濃度將會(huì)衰減，甚至低于爆炸下限的25，可燃?xì)怏w檢測報(bào)警系統(tǒng)將無法啟動(dòng)。

另一方面，泄漏天然氣受浮力作用，最終運(yùn)動(dòng)將達(dá)空間頂部。此時(shí)，由于區(qū)域頂部為封閉空間，泄漏的天然氣將源源不斷地在頂部聚集，甚至達(dá)到爆炸極限。

2、屋頂強(qiáng)制排風(fēng)條件可燃?xì)怏w泄漏狀態(tài)

基于1對通風(fēng)不良環(huán)境可燃?xì)怏w泄漏狀態(tài)分析，當(dāng)壓縮機(jī)房頂部設(shè)置機(jī)械排風(fēng)裝置時(shí)，無論是自然補(bǔ)風(fēng)還是機(jī)械補(bǔ)風(fēng)，廠房內(nèi)的空氣流動(dòng)狀態(tài)都將發(fā)生變化，泄漏的天然氣射流將向排風(fēng)口鉛垂位置偏轉(zhuǎn)。由于空氣流動(dòng)方向總體向上，泄漏天然氣除受到浮力作用向上移動(dòng)外，同時(shí)還要受到向上空氣運(yùn)動(dòng)的裹挾作用，向上運(yùn)動(dòng)速度將加快，水平擴(kuò)散距離將會(huì)收窄，監(jiān)測死角空間將加大。另一方面，由于向上運(yùn)動(dòng)速度加快，天然氣濃度降低速率也將加大，若泄漏量不足以維持足夠的濃度，當(dāng)可燃?xì)怏w探測器安裝位置較高時(shí)，檢測報(bào)警系統(tǒng)將無法啟動(dòng)。

審核編輯：符乾江