孟令兵
摘 要:硫化氫(H2S)作為一種有毒氣體,廣泛存在于天然氣當(dāng)中。該文采用挪威船級(jí)社(DNV)的定量風(fēng)險(xiǎn)分析軟件PHAST,搭建國(guó)外某天然氣站場(chǎng)的放空模型。分析表明,在同等釋放速率下,風(fēng)速越小,硫化氫的危害區(qū)域越遠(yuǎn)離地面;相同風(fēng)速條件下,天然氣釋放速率越小,硫化氫的危害區(qū)域越貼近地面,對(duì)運(yùn)行人員危害的可能性越大。
關(guān)鍵詞:天然氣;硫化氫;冷放空;健康;PHAST
天然氣放空的同時(shí)硫化氫會(huì)隨之?dāng)U散到大氣中,作為一種大氣污染物,它嚴(yán)重影響人類的健康。在低濃度時(shí)會(huì)刺激人的眼睛、鼻子、喉嚨和呼吸系統(tǒng);高濃度會(huì)導(dǎo)致休克、急速的昏迷和死亡。
1 搭建含硫化氫天然氣擴(kuò)散模型
1.1 氣體擴(kuò)散控制方程
冷放空氣體擴(kuò)散遵循質(zhì)量、動(dòng)量、能量和物質(zhì)組分守恒方程,建立冷放散氣體擴(kuò)散數(shù)值模擬基本方程組,即:
(1)
式(1)中四項(xiàng)分別表示瞬態(tài)項(xiàng)、對(duì)流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)以及源項(xiàng),其中:
ρ為密度;
Φ為通用變量;
u為速度;
Γ為擴(kuò)散系數(shù);
SΦ為源項(xiàng)。
1.2模型選取及邊界條件
PHAST軟件是一種專門用于石油石化和天然氣領(lǐng)域危險(xiǎn)分析和安全計(jì)算軟件。采用軟件內(nèi)嵌的UDM氣體擴(kuò)散模塊可以模擬浮氣、中氣、重氣的各種連續(xù)或者瞬時(shí)釋放源,適用于包括含有硫化氫天然氣在內(nèi)的多種易燃、有毒的多組分氣體。
1.2.1 大氣穩(wěn)定度和風(fēng)速參數(shù)
Pasquill- Gifford根據(jù)風(fēng)速的大小和白天陽(yáng)光輻射的強(qiáng)弱或夜晚云層的覆蓋程度對(duì)大氣穩(wěn)定度劃分了從A到F六個(gè)等級(jí),見表1。
1.2.2 其他主要參數(shù)
天然氣的氣質(zhì)組分,見表2;
天然氣的放空工況,見表3。
2 模擬結(jié)果及分析
通過(guò)模擬放空中存在的三種不同工況,考慮風(fēng)力條件為5D和1F,硫化氫在三個(gè)濃度限值下的擴(kuò)散結(jié)果:
速率為3.77 kg/s時(shí),在5D風(fēng)力下,TLV?-TWA閥限值的硫化氫擴(kuò)散半徑56m,如圖1(a)所示;
在夜間穩(wěn)定風(fēng)速1F下的擴(kuò)散半徑為54.3m,如圖1(b)所示。
速率為9.86 kg/s時(shí),在5D風(fēng)力下,TLV?-TWA閥值的硫化氫擴(kuò)散半徑74m,如圖1(c)所示;
在夜間穩(wěn)定風(fēng)速1F下的擴(kuò)散半徑為89.5m,如圖1(d)所示。
速率為16.41 kg/s時(shí),在5D風(fēng)力下,TLV?-TWA閥值的硫化氫擴(kuò)散半徑89m,如圖1(e)所示;
在夜間穩(wěn)定風(fēng)速1F下的擴(kuò)散半徑為92m,如圖1(f)所示。
3 結(jié)論及建議
在相同釋放速率下,風(fēng)速越小越穩(wěn)定,空氣的湍流強(qiáng)度越小,硫化氫的危害區(qū)域離地面越高。相同風(fēng)力條件下,天然氣的釋放初速度就越大,硫化氫的危害區(qū)域距離地面越遠(yuǎn)。硫化氫的濃度隨著擴(kuò)散范圍的增大逐漸降低,當(dāng)從5ppm閥限值降低到3.5ppm限值時(shí),硫化氫的危害區(qū)域略有擴(kuò)大。