李安虎

四川省诚实安全咨询技术服务有限责任公司

 

摘要：关于油气管道泄漏速率计算公式有多项标准规定，计算结果存在差异。以液化天然气和压缩天然气两种物态，忽略物态的具体性质及标准的应用细节，分别以八项国内外标准规定举例计算液体泄漏和气体泄漏两种状态，将实际演算过程及结果列表比较。分析表明，除HJ 169-2018外，其他标准需要进行勘误及改进；特别是美国石油学会API 581中公式或术语存在缺陷，国内行业标准在参考采用时核算不足。提出了相关修订建议。

关键词：油气管道；泄漏速率；演算结果对比；标准修订建议

 

泄漏速率作为管道安全管理定量计算的基础数据，会据此计算排放浓度、池火灾、喷射火等相关参数，影响安全防护距离的判断，有必要深入探讨。针对国内外各标准有关油气管道泄漏速率计算结果差异，经查阅相关书籍及论文[1-7]，未见详细说明。笔者以SY/T 6714―2008《基于风险检验的基础方法》、GB/T 27512―2011《埋地钢质管道风险评估方法》、GB/T 34346―2017《基于风险的油气管道安全隐患分级导则》、AQ/T 3046―2013《化工企业定量风险评价导则》、GB/T 26610.5―2014《承压设备系统基于风险的检验实施导则 第5部分：失效后果定量分析方法》、HJ 169―2018《建设项目环境风险评价技术导则》、GB/T 37243―2019《危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法》、APIRP 581―2016（2019）《基于风险的检测方法》（Risk-Based Inspection Methodology）八项标准为序，分别进行泄漏速率计算，比较结果差异并分析产生差异原因，进一步说明各标准的来源、公式及式项说明，指出一些标准存在的问题，并提出了修订建议。

1  泄漏计算结果比较

1.1  液体泄漏计算

假设液化天然气管道管径200 mm ，工作压力0.8 MPa，环境压力0.1 MPa，环境温度20℃，发生中孔（D＝25 mm或1in）破裂泄漏，液化天然气密度以450 kg/m3计。摩尔质量M＝16.04×10-3 kg/mol＝16.04 g/mol。高度h以0计，Kv,n以1.0计，计算结果保留四位有效数字。泄漏速率计算忽略液化天然气两相流物理化学性质。

（1）液体泄漏计算公式。

根据各标准泄漏计算公式，将关键计算过程及计算结果列于表 1。

表 1 液体泄漏计算公式及计算结果比较

（2）液体泄漏计算说明。

①SY/T 6714―2008来源于API 581―2000，查阅API 581―2000，7.5.1（7.1）及附录J.2.6.1（J.9），其公式中符号说明不一致，计算结果不可信。

②GB/T 27512―2011引用GB/T 20801.6―2006《压力管道规范 工业管道第6 部分：安全防护》（已更新为2020版，不详述）爆破片装置的最小泄放面积液体计算公式，经转换计算结果为Ws=7.524 kg ·s-1。可认为是在公式简化过程中出现差错造成的。

③GB/T 34346―2017计算结果不同，原因是将原征求意见稿中的公式进行简化过程中出现差错造成的。以硫酸管道核算，管径200 mm，工作压力0.6 MPa，环境压力0.1 MPa，环境温度20℃，发生中孔（D＝25 mm或1in）破裂泄漏，硫酸密度1840 kg/m3。摩尔质量M＝98×10-3 kg/mol＝98 g/mol。按上述八个标准顺序计算结果分别为2.621×10-4、10.19、1.284×10-2、12.84、12.84、12.84、12.84、12.84（kg ·s-1），复核结果表明标准计算公式反映出的问题是一致的。

1.2  气体泄漏计算

假设天然气管道管径200 mm，工作压力1.6 MPa，环境压力0.1 MPa，环境温度20℃，发生中孔（D＝25 mm或1in）破裂泄漏，天然气质量热容比γ＝Cp/Cv＝1.35。气体流动属音速流动。摩尔质量M＝16.04×10-3 kg/mol＝16.04 g/mol。计算结果保留四位有效数字。

（1）气体泄漏计算公式。

根据标准计算公式，将关键计算过程及计算结果列于表 2。

表 2 气体泄漏计算公式及计算结果比较

（2）气体泄漏计算说明。

①SY/T 6714―2008来源于API 581―2000，原公式中温度为兰氏度（°R），SY/T 6714―2008变成华氏度（℉）是造成计算结果不同的原因。

②GB/T 27514―2011、GB/T 26610.5―2014、HJ 169―2018计算结果较一致，微小差异是Cd取值分别为0.85、0.90、1.00。HJ 169―2018与《安全评价师（国家职业资格一级）第二版》计算结果一致。

③GB/T 34346―2017计算结果不同，原因是原征求意见稿中公式简化过程中出现差错。

④AQ/T 3046―2013、GB/T 37243―2019计算结果与其他标准相差10-3/2倍。GB/T 37243―2019来源于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。由于之前标准中公式存在问题，导致结果失误。

⑤APIRP 581―2016（2019）计算结果偏大，APIRP 581―2016（2019）4.13术语说明R=8.314 J/（kg·mol·K），数据或单位存在问题。

2  公式中量和单位说明比较

由于各标准对量和单位的排版格式不一，对公式式项中省略和遗漏部分进行了补充完善。为便于理解，根据文中计算例合理简化。限于篇幅，仅对出现较大计算结果差异的公式式项做出说明。

3  其他建议

标准应统一为国家法定计量单位，增加标准可比性。表 3、表 4中已对部分标准提出修正建议。HJ 169―2018泄漏计算公式可作为其他标准的参考。GB/T 27512―2011液体泄漏计算公式建议更换，气体泄漏计算公式建议简化；GB/T 26610.5―2014泄漏计算公式建议简化。建议标准编制说明有实际操作演算或实验结果支持，增加实用性。根据标准开发的计算模式软件，要有详细的使用说明书和推算过程，计算结果可以复核。

表 3 液体泄漏计算公式中量和单位说明及修改建议表

表 4 气体泄漏计算公式中量和单位说明及修改建议表

 

参考文献：

[1]蔡凤英，谈宗山，孟赫，等.化工安全工程[M].北京：科学出版社，2001，176-188.

[2]中国安全生产协会等.安全评价师（国家职业资格一级）第二版[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2010，86-92.

[3]罗云.注册安全工程师手册（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2012.9，133.

[4]国家安全生产监督管理总局.安全评价（第3版，上册）[M].北京：煤炭工业出版社，2005，553-554.

[5]胡毅亭，饶国宁，陈网桦，等. 天然气输送管道泄漏事故危害定量分析[J].中国安全科学学报，2003，13(6)：21-24.

[6]张国军，高志国，申龙涉，等.天然气管道泄漏爆炸事故风险分析[J]. 辽宁石油化工大学学报，2012，32(3)：66-69.

[7]张建忠，杨鹏，王彦良，等.天然气管道泄漏火灾爆炸事故危害评价[C].第七届宁夏青年科学家论坛论文集.2011：367-370.

作者简介：李安虎，1967年生，学士，化工工艺工程师，注册安全工程师，二级安全评价师，主要研究方向为化工、检测、环保及安全相关领域。联系方式：18984524605，1281125167@qq.com。