原油库区泄漏与火灾风险场景集成风险分析

马顺星、尉照伟、韩锋

摘要：原油管道腐蚀穿孔发生泄漏时遇到明火会发生火灾事故，研究其燃烧特性可指导现场人员逃离并采取合适的应对措施。利用Phast软件建立了某典型输油管道泄漏火灾模型，分析了风速、管道压力和腐蚀孔尺寸变化对辐射范围的影响。结果表明，当泄漏孔径增大时，火灾最大热辐射值和辐射云团影响范围变大；风速仅对原油燃烧位置有一定影响，对火灾燃烧强度影响很小；当管道压力升高时，辐射云团影响范围变大，中心位置向下风向偏移。研究成果可为原油泄漏火灾应急预案的编制提供理论指导。

关键词：原油；管道；泄漏；火灾；影响范围

原油内含有硫化氢、二氧化碳等腐蚀性物质，长时间与内壁接触易造成管道腐蚀穿孔，泄漏的原油遇到明火易发生火灾，并破坏周边的建筑物，甚至造成人员伤亡[1-3]。泄漏孔在内外压力差的冲击下破裂变大，泄漏速度随之增加，火灾影响范围和破坏强度加大，风速和管道压力波动也会影响火灾燃烧特性[4-7]。本文针对辽宁省某输油管道，建立管道腐蚀穿孔泄漏火灾模型，分析不同因素对火灾特性的影响，对编制输油管道火灾应急预案具有实际指导意义。

1模型及参数

1.1泄漏火灾模型

Phast软件是全面的过程危害分析工具，该软件由挪威DNV公司研制，主要用于预测石油化工领域安全事故后果与影响，现已被全球800余家机构使用。软件内置了泄漏扩散、燃烧、爆炸和有毒危害模型，经过30多年的工业论证与完善，计算结果可靠性较高，可对不同泄漏类型进行建模，也可自定义复杂的事故场景，适用范围广。在Phast软件中建立输油管道腐蚀穿孔泄漏火灾模型，考虑实际管道泄漏事故多由腐蚀造成，且点蚀所占比例较高，泄漏类型设置为腐蚀穿孔，形状为圆孔状，管道侧面泄漏对周围环境影响较大，泄漏位置选取管道侧面作为典型泄漏场景。泄漏模型设置Longpipeline释放模块，增加“地点特有缺口”泄漏类型，裂口尺寸设置为实际尺寸，泄漏释放方向为水平，掩埋截面事故类型为全孔破裂，扩散地形设置为土地，不设置堤岸，池火灾火焰辐射分数为0.4。

1.2基础参数

选取现场一典型管道进行研究，管道内径为200mm，输送流量为169m3/h，压力为0.8MPa，温度为30℃，原油组分如表1所示。

图1泄漏火灾热辐射值不同孔径下的变化规律

当原油管道腐蚀泄漏时，遇到明火发生火灾，火灾特性主要与泄漏孔径、环境风速、管道压力等因素有关[5]。泄漏孔径设置为40mm、60mm、80mm、100mm、120mm，环境风速设置为1m/s、4m/s、8m/s、12m/s、16m/s，管道压力设置为0.4MPa、0.8MPa、1.2MPa、1.6MPa。

2模拟结果与分析

采用Phast软件的Longpipeline释放模块对泄漏孔径尺寸、环境风速和管道压力对原油火灾辐射范围的影响进行了计算，明确了泄漏火灾热辐射值和辐射云团范围变化情况。

2.1火灾特性与泄漏孔径尺寸的关系

在人体高度1.7m位置、环境风速为4m/s、管道压力为0.8MPa、原油管道泄漏孔由40mm增加至120mm时，下风向火灾辐射变化如图1所示，4kW/m2热辐射值的云团范围如图2所示。

图2不同孔径下泄漏火灾4kW/m2辐射云团范围

当热辐射值达到4kW/m2时，玻璃经过30s辐射后发生破裂，人体在此环境下持续20s后会感到疼痛，因此，考虑热辐射值为4kW/m2时火灾开始对人体有明显伤害，本文以4kW/m2热辐射值作为边界曲线。

由图1可知，在不同泄漏孔径下，随着下风向距离的变大，热辐射值变化趋势一致，呈“几”字型分布。在距离泄漏点较近的位置，下风向距离变大，热辐射值缓慢上升后急剧升高，呈指数趋势，存在“上拐点”。升高至最大热辐射值后保持一段距离不变，即高辐射持续段。随着下风向距离继续增加，热辐射值迅速下降后缓慢降低为0kW/m2，存在“下拐点”。当泄漏孔径由40mm增大至120mm时，“上拐点”位置向泄漏点位置偏移，高辐射持续段范围变大，“下拐点”位置向远离泄漏点方向偏移，最大热辐射值也增大。发生以上现象的主要原因为：泄漏孔径的增大会直接导致泄漏速度变大，泄漏量增多，形成的液池面积随之增加，火灾的影响范围和强度变大。

热辐射值随着泄漏孔尺寸的等尺度增加，辐射急剧下降段等距向下风向偏移，而辐射急剧上升段偏移量较小，主要原因是，泄漏孔在40mm增大至60mm时，泄漏速度增加较快，但若泄漏孔尺寸继续增加，泄漏速度变化速度降低。

由图2可知，随着泄漏孔尺寸的增加，火灾辐射云团影响范围变大，整体呈现为椭圆形，主要原因为：泄漏孔变大导致泄漏速度增加，泄漏量增加形成的液池面积随之变大，原油燃烧辐射区域增大。随着泄漏孔尺寸的增大，下风向火灾辐射边界扩大较为明显，逆风向辐射边界扩大量较小，且辐射云团中心也向下风向偏移。发生以上现象的主要原因是：泄漏孔尺寸增加，导致原油泄漏量加大，原油燃烧更加剧烈，剧烈燃烧促使热辐射边界在逆风方向仍呈现扩大趋势，而在风的影响下，燃烧火焰在下风方向偏移更明显。

2.2火灾特性与环境风速的关系

在人体高度1.7m位置、泄漏孔尺寸为40mm、管道压力为0.8MPa、外部环境风速由1m/s升高至14m/s，泄漏火灾热辐射值不同风速下的变化规律如图3所示，不同风速下泄漏火灾4kW/m2热辐射值的云团范围如图4所示。

图4不同风速下泄漏火灾4kW/m2辐射云团范围

由图4可知，随着风速的增加，辐射云团范围几乎无变化，但云团中心位置向下风向偏移，主要原因是液池泄漏量一定，风速增大促使火焰向下风向偏移，灭火中心也应向下风向偏移。

2.3火灾特性与管道压力的关系

在人体高度1.7m位置、泄漏孔尺寸为40mm、环境风速为4m/s、原油管道压力由0.4MPa升高至1.2MPa时，泄漏火灾热辐射值不同管道压力下的变化规律如图5所示，不同管道压力下泄漏火灾4kW/m2辐射云团范围如图6所示。

图5泄漏火灾热辐射值不同管道压力下的变化规律

由图5可知，在不同管道压力下，随着下风向距离的变大，热辐射值变化趋势一致。当管道压力由0.4MPa升高至1.2MPa时，辐射变化曲线整体向右上方偏移，“上拐点”位置向远离泄漏点方向偏移，高辐射持续段范围变大，“下拐点”位置向远离泄漏点方向偏移，最大热辐射值也增大。发生以上现象的主要原因为：管道压力增大，内外压差增大提供了更高的泄漏动力，导致原油泄漏速度变大，向外喷射距离变远，泄漏量增大，液池影响范围变大，火灾的影响范围和强度变大，整体向下风向偏移。

图6不同管道压力下泄漏火灾4kW/m2辐射云团范围

由图6可知，随着管道压力的增加，辐射云团在下风方向和侧风方向影响范围均变大，云团中心位置向下风向偏移。辐射云团影响范围主要与泄漏量有关，管道压力增加促使泄漏速度变大，原油泄漏量增大，形成的液池面积变大，辐射云团影响范围随之变大，同时，管道压力增大可将原油喷射至更远的距离，云团中心位置向下风向偏移。

3结束语

本文利用Phast软件对管道泄漏后引发的火灾进行了计算，通过改变泄漏孔尺寸、环境风速、管道压力参数，确定了热辐射值对原油火灾辐射特性的影响。分析认为，当泄漏孔径增大时，最大热辐射值随之增大，火灾辐射云团影响范围变大；当管道压力升高时，最大热辐射值随之增大，辐射云团在下风方向和侧风方向影响范围均变大，云团中心位置向下风向偏移；而风速仅对原油燃烧位置有一定影响，对火灾燃烧强度影响很小。研究可为原油管道安全运行提供技术支持，对救灾、预防和应急预案编制等提供指导。

参考文献

[1]惠文颖,牛健壮,何旭,等.泄漏原油水面池火燃烧特性试验研究[J].中国安全科学学报,2019,29(12):53-58.

[2]刘雪光,张伟浩,吴东容,等.中缅原油管道澜沧江跨越段原油泄漏扩散数值模拟[J].油气储运,2021,40(1):96-106.

[3]薛惠文,吕孝飞,赵会军,等.基于CFD的海底埋地管道原油泄漏扩散规律[J].石油机械,2021,49(6):132-138.

[4]李伟,刘江浩,孙辉.原油储罐泄漏扩散后果模拟及影响因素分析[J].化工安全与环境,2022,35(22):16-20.

[5]姜璐,梁伟,仇经纬.基于Fluent的埋地原油管道泄漏事故后果分析[J].安全与环境学报,2017,17(1):199-203.