本发明涉及地下空间安全
技术领域：
，具体为一种地下储气库井口防火距离的计算方法。
背景技术：
：储气库井口气体泄漏是地下储气库的主要风险之一，井口设施一旦发生气密性失效，将导致天然气直接泄漏到大气，造成天然气损失，甚至引发大火、爆炸以及其他不良后果，造成人员伤亡和严重的经济损失。国际上已有几起地下储库井口设施事故报道，例如2004年8月Texas的MossBluff盐穴地下储气库因井口设施管道破裂造成天然气泄漏，并引发火灾和爆炸；2004年3月Texas的Odessa盐穴地下储气库因井口法兰的金属垫片失效造成丁烷泄漏；2001年8月阿尔伯塔省萨斯喀彻温堡市的某盐穴储气库由于连接两个井口的管线弯头因锻造缺陷失效导致乙烯井口泄漏形成蒸汽云，引发大火并持续了一周。因此，在储气库设计时必须设置合理的安全距离，以防止在灾害发生后能够有效降低事故影响范围。国内储气库安全距离调研结果表明，某储气库井口距离场外井区厂外某公司的厂房仅有20米左右，同时在井场外仍在建设大量厂区和厂房，安全距离难以有效保证，对储气库周边人员生命安全和财产将造成严重威胁。另外，目前储气库井口防火距离的计算也未见相关报道。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种地下储气库井口防火距离的计算方法，设计合理，步骤简单，科学可行，为储气库井口防火距离的计算和研究提供可靠技术依据。本发明是通过以下技术方案来实现：一种地下储气库井口防火距离的计算方法，包括如下步骤，步骤1，收集确定储气库注采井的基本信息；步骤2，根据储气库注采井的基本信息，在储气库井口破裂模式下计算泄漏率；步骤3，根据储气库注采井的基本信息，确定储气库井口火灾灾害模型；步骤4，根据确定的气库井口火灾灾害模型和得到的泄漏率计算确定发生火灾的热辐射强度；步骤5，基于热辐射准则，根据热辐射强度得到储气库井口火灾灾害影响半径的表达式；步骤6，根据热通量伤害标准中喷射火对设备和人的损伤程度，选取热辐射强度的门槛值，得到对应的伤害影响半径确定为储气库井口防火距离。优选的，步骤1中，所述储气库注采井的基本信息包括储气库井口最高运行压力、井口最高运行压力对应的温度、注采管内径、天然气组分、天然气相对密度、相对气体分子量和热容比。优选的，步骤2中，所述的储气库井口破裂模式下的泄漏率按下式计算，式中：Q0为泄漏率，Cg为气体泄漏系数，M为相对气分子量，T为气体温度，R为气体常数，取8.314，J/(mol.K)；A为泄漏孔面积，c为热容比；P储气库井口最高运行压力。优选的，步骤3中，所述的储气库井口火灾灾害模型采用喷射火模型。进一步，步骤4中，热辐射强度按下式计算，式中：I为热辐射强度，η为效率因子；Q0为泄漏率，Hc为天然气的燃烧热，Rs为辐射率；r为点热源到目标点的距离，及井口火灾灾害影响半径。优选的，步骤5中，根据热辐射强度得到储气库井口火灾灾害影响半径r的表达式如下，其中，I为热辐射强度，η为效率因子，Q0为泄漏率，Hc为天然气的燃烧热，Rs为辐射率。优选的，步骤6中，选取热辐射强度I的门槛值等于热通量Ith＝12.5(kW·m2)。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明通过泄漏计算模型、灾害模型、危害半径计算模型和热通量准则确定防火距离。为储气库安全设计和应急抢险提供了一种确定井口防火距离的计算方法，为储气库井口防火距离安全设计提供科学的技术依据，同时可为储气库运行管理者确定库区各类井应急救援及疏散范围提供技术支持，对于事故应急抢险和降低储气库井口泄漏火灾事故后果，保障储气库周边人员生命财产安全具有重要意义。附图说明图1为本发明实例中所述的方法流程图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。具体的，如图1所示，本发明实施例提供了一种地下储气库井口防火距离的计算方法，包括：步骤1：收集确定储气库注采井的基本信息。所述储气库注采井的基本信息包括储气库井口最高运行压力、井口最高运行压力对应的温度、注采管内径、天然气组分、天然气相对密度、相对气体分子量和热容比。本实例中某储气库基本信息如下：(1)储气库井口最高运行压力：10.5MPa，井口最高运行压力对应温度：40.0℃。(2)注采管柱内径为159.42mm。(3)天然气组分见表1。其中，天然气相对密度：0.605；相对气体分子量：0.0176kg/mol；热容比：1.32。表1天然气组分。组分C1C2C3iC4nC4Mol％92.54693.95820.33530.11580.0863组分iC5CO2N2H2SMol％0.2211.89090.84550.0001步骤2：根据储气库注采井的基本信息，在储气库井口破裂模式下计算泄漏率Q0，得到的计算结果为365.46kg/s。储气库井口破裂模式下泄漏率Q0依据式(1)计算，具体参数选取见表2。式中：Q0为泄漏率，单位kg/s；Cg为气体泄漏系数；M为相对气分子量；T为气体温度，单位K；R为气体常数，取8.314，J/(mol.K)；A为泄漏孔面积，单位m2；c为热容比；P储气库井口最高运行压力。表2泄漏率计算参数选取。步骤3：根据储气库注采井的基本信息，确定储气库井口火灾灾害模型。由于天然气具有漂浮的特性，泄漏后若未受到阻碍，则会将附近的大量空气卷吸到气体中，从而使气体浓度降低，远距离延迟燃烧发生闪燃的概率非常低，因此其主要的火灾危害形式是由喷射火产生的热辐射。因此对于储气库井口的火灾危害模型选取喷射火模型。步骤4：根据确定的气库井口火灾灾害模型和得到的泄漏率计算确定发生火灾的热辐射强度，对应的计算模型如式(2)所示，相关模型参数选取见表3。式中：I为热辐射强度，单位W/m2；η为效率因子；Q0为泄漏率，单位kg/s；Hc为天然气的燃烧热，单位J/kg；Rs为辐射率；r为点热源到目标点x处的距离，单位m，及井口火灾灾害影响半径。表3储气库井口火灾灾害模型中热辐射强度技术时的参数选取。步骤5：基于热辐射准则，根据热辐射强度得到储气库井口火灾灾害影响半径的表达式；其中，取热辐射强度I为不同的热辐射门槛值，及不同的热辐射通量；则将热辐射通量Ith和泄漏率Q0代入式(3)，即可计算不同热辐射通量对应的灾害影响半径，计算结果见表4。表4不同热通量下的危害半径。步骤6：根据热通量伤害标准中喷射火对设备和人的损伤程度，选取热辐射门槛值，得到对应的伤害影响半径确定为储气库井口防火距离。据步骤5计算的结果，取热通量Ith＝12.5(kW·m2)作为热辐射门槛值时对应的灾害影响半径为井口防火安全距离，即某储气库井口防火距离取值为90.3m。所述基于热通量伤害准则的储气库井口灾害影响半径计算是根据热通量伤害准则，依据上述步骤公式(3)计算储气库井口灾害影响半径。所述的热通量伤害准则主要考虑喷射火焰通过热辐射的方式对周围环境的影响程度。当喷射火焰产生的热辐射足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡。所述的储气库井口防火距离确定是根据热通量伤害准则中喷射火对设备和人的损伤程度，选取热通量Ith＝12.5(kW·m2)对应的灾害影响半径，即取热通量Ith＝12.5(kW·m2)对应的灾害影响半径为储气库井口防火距离。储气库井口热通量伤害准则如表5所示。表5热通量准则的伤害标准。本发明实施例通过搜集某储气库基本信息，依据储气库井口破裂模式下泄漏率计算模型、储气库井口火灾灾害模型、储气库井口火灾灾害影响半径计算和热辐射准则，确定了某储气库井口防火距离，可为可为储气库井口防火距离安全设计提供技术依据。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3