摘要：本文在对百余例城市中高压燃气管道泄漏、火灾以及爆炸事故统计的基础上，对城市中高压燃气管道泄漏、火灾及爆炸事故场景进行了分析，利用FLUENT对天然气中高压管道泄漏及
摘要：本文在对百余例城市中高压燃气管道泄漏、火灾以及爆炸事故统计的基础上，对城市中高压燃气管道泄漏、火灾及爆炸事故场景进行了分析，利用FLUENT对天然气中高压管道泄漏及爆炸事故危险性进行数值计算分析，采用故障树分析方法对中高压燃气管道灾害性事故的影响因素以及降灾因素进行了讨论，并对城市中高压燃气管道泄漏、火灾事故风险及其控制措施、策略进行了研究。
关键词：事故统计中高压燃气管道故障树降灾因素风险分析
本文搜集了近年来百余例城市中高压燃气管道泄漏、火灾、爆炸事故，基于案例统计的结果，利用事件树的方法分析了城市中高压燃气管道发生泄漏后事故发展场景，采用故障树分析方法对中高压燃气管道灾害性事故的影响因素以及降灾因素进行了讨论，并在此基础上提出城市中高压燃气管道风险分析中降灾因子模型，利用FLUENT对天然气中高压管道泄漏及爆炸事故危险性进行数值计算分析，并对城市中高压燃气管道泄漏、火灾事故风险及其控制措施、策略进行了研究。
1城市中高压燃气管道泄漏事故场景分析
城市燃气管道一旦发生泄漏，如果人为控制得当，将会安全泄放，仅造成较小的经济损失；如果破损孔洞较大、管道压力大造成泄漏未被及时控制，遇到点火源将会发生爆炸、火灾事故。通过对搜集的百余例城市中高压燃气管道事故发展过程的统计分析，构建如图2所示城市中高压燃气管道泄漏发展事件树。城市中高压燃气管道泄漏灾害性事故共分5个阶段：泄漏，早期处置失败，人员未被及时疏散，发生火灾、爆炸等次生灾害，控制、救援不得当。
2城市中高压燃气管道泄漏、火灾及爆炸灾害后果分析
为了对中高压天然气管道泄漏的火灾、爆炸危险进行深入研究，本文采用并行计算技术以及FLUENT模拟软件，针对钢质天然气中高输送管道泄漏条件下的天然气泄漏扩散过程，以及意外点火引起的火灾、爆炸事故演化过程进行数值模拟，分析天然气高压喷射气流扩散以及气云爆炸影响范闹。根据目前城市市区内广泛使用的中高压燃气管道类型，针对运行压力为6.0MPa、4.0MPa和1.6MPa，管径分别为DN900、DN500和DN300的中高压天然气输送管道(管壁厚度分别为10mm、8mm)，埋地深度1.2m，泄漏点孔径为100mm、30mm的管道泄漏气云扩散范围以及发生火灾、爆炸的影响范围进行模拟。
考虑到风速以及环境条件对天然气泄漏扩散的影响，高度方向保守安全系数为2，水平方向保守安全系数取为4，则高压天然气管道泄漏爆炸的最小安全距离如表l所示。而在天然气泄漏点源的常年风向下风向位置，水平方向的安全距离则应适当增大。
3城市中高压燃气管道泄漏灾害性事故影响因素以及降灾冈子分析
3．1城市中高压燃气管道泄漏灾害性事故故障树分析
针对城市中高压燃气管道泄漏、火灾爆炸灾害事故，利用故障树方法可对灾害事故场景各阶段的发生原冈进行分析，图8为泄漏故障树，图9为发生爆炸、火灾事故故障树。将故障树中基本事件列入表2。为了更为简洁的绘制故障树，用“代码”来表述各影响因素，“代码”与顶上事件相对应。
3．2最小径集的计算
根据上文可知，“发生人员伤亡惨重、财产损失严重事故”的故障树可表示为：
P总＝PA·PB·PC·PD·PE·PF
其中，P总为发生人员伤亡惨重、财产损失严重事故的概率，PA为发生泄露事故故障树的概率，PB为早期控制不得当故障树的概率，PC为人员未及时疏散故障树的概率，PD为发生火灾爆炸事故故障树的概率，PE为控制救援不得当故障树的概率，PF为泄露事故发生在建筑物、人员密集空间的概率。
根据最小径集的求法，首先将故障树对偶成成功树，即把故障树的门换成与，可得：
P总￠＝PA￠·PB￠·PC￠·PD￠·PE￠·PF￠
其中，P总￠、PA￠、PB￠、PC￠、PD￠、PE￠、PF￠分别为P总、PA、PB、PC、PD、PE、PF的补事件。
经计算，顶上事故为“发生人员伤亡惨重、财产损失严重事故”故障树的最小径集为：
Pl={22222，llll2，11132，11121，11122，1113，11141，11142，12111，12112，12113，1114，l212，1213，1214，1215，1216，12171，12172，12211，12212，12221，12222，12223}
P2={112，12111，12112，12113，11114，1212，1213，1214，1215，1216，12171，12172，12211，12212，12221，12222，12223}
P3={211，2211，2212，2221，2222，2223，223111，223112，223121，223122，223131}
P4={211，2211，2212￠2221，2222，2223，223111，223112，223121，223122，223131}
P5={211，22321，22322，22323，22324}
P6={211，22321，22322，22323，22324}
P7={31，33，34，35，321}
P8={31，33，34，35，322}
P9={42所有火源}
P10={2221，2222，2223，223131，223122，223121，41211，41212，4122，4132，4142，4131}
P11={2221，2222，2223，223131，223122，223121，41211，41212，4122，4132，4142，4132}
P12={2221，2222，2223，223131，223122，223121，41211，41212，4122，4132，4142，4133}
P13={2221，2222，2223，223131，223122，223121，51l，512，513，514，515，516，532，541，542，543}
P14={F建筑物，人员密集空间}
3．3结构重要度的计算
结构重要度可表示基本事件对顶上事件的影响程度。针对顶上事件“发生人员伤亡惨重、财产损失严重事故”的故障树的基本事件的结构重要度，通过最小径集进行计算。
I(i)=∑Ki(1／2)n-1，X∈K(1)
式中Ii——基本Xi的重要系数近似判别值；
Ki——包含Xi的(所有)径集；
n——基本事件X，所在径集中基本事件个数。
I(1)=I(3)>I(4)>I(2)>I(5)
根据结构重要度判定基本原则及近似判别公式，对各基本事件结构重要度判别，排序如下：
IF=I42=I31=I33=I34=I35=I22321=I22322=I22323>=I211=I212=I321=I322>I2221=I2222=I2223=I223121=I223122=I223131>I41211=I41212=I4122=I4123=I4142>I2211=I2212=I223111=I223112=I4131=I4132=I4133>=I511=I512=I513=I514=I515=I516=I532=I541=I542=I543>=I12111=I12112=I12113=I12114=I1212=I1213=I1214=I1215=I1216=I12171=I12172=I12211=I12212=I12221=I12222=I12223>I112>I22222=I11112=I11113=I11121=I11122=I1113=I11141=I11142（2）
其中，由结构重要度的近似判别式
I(i)=∑Ki(1／2)n-1，X∈K
计算可得：
由式2可知，通过对城市中高压燃气管道泄漏灾害性事故故障树分析，结构重要度最为重要的前l0个大类基本事件为：燃气泄漏事故发生在建筑物、人员密集场所，燃气泄漏后周围出现点火源，公众自救意识淡薄、疏散通道不畅、疏散宽度不够、人口密集过大，泄漏早期消防控制不利，未及时发现泄漏，消防、燃气公司未及时疏散人群，燃气泄漏过快，泄漏早期燃气公司控制不利，由于消防处置不利发生火灾、爆炸等次生灾害，群众发现泄漏后未报警。
4基于场景分析的城市中高压燃气管道降灾因子模型研究
通过以上城市中高压城市燃气管道事故降灾因子分析，城市燃气管道个体风险可表示为：
R(x,y)=∑sfsvs(1-h)=(f火灾v火灾+f爆炸v爆炸)(1-h)(4)
式中，R(x,y)为城市燃气管道事故在空间位置(x，y)处所产牛的第s个情景事故风险值，事故场景包括燃气泄漏火灾和燃气爆炸事故；fs为第s个情景事故发生的概率值；vs为第s个情景事故发生时对在空间位置(x，y)处所造成的严重度；h为考虑救降灾系统的完善度、应急能力等因素在内的降灾因子。
降灾因素主要包括以下几个方面：燃气管道信息状态与风险管理、预测预警技术的水平、消防队处置燃气事故的能力、燃气公司处置燃气事故的应急能力、医疗救援水平、安全管理及人民群众的消防意识等。因此，降灾因子可表示为：
h=∑iAihi=Atht+Afhf+Anhn+Amhm+Aoho(5)
其中，ht表示燃气管道预测预警系数，hf表示消防队救援系数，hn表示燃气公司救援系数，hm表示医疗救援系数，ho表示其他方面降灾系数，如：管理、人民群众降灾所起到的作用；At、Af、An、Am、Ao分别为各降灾因素降灾系数的权重值，通过3.3节灾害性事故各基本事件结构重要度排序可将At、Af、An、Am、Ao分别定为0.15、0.30、0.20、0.15、0.2。
燃气管道预测预警系数的取值根据燃气管道的预测预警技术完善程度确定，取值范围为0～0.2。人民群众降灾系数的取值根据燃气管道安全管理程度及燃气管道周围人民群众的消防意识来确定，取值范围为0～0.2。
5结论
本文搜集了近年来百余例城市中高压燃气管道泄漏事故，利用事件树的方法分析了城市中高压燃气管道发生泄漏后事故发展场景，利用故障树分析方法对城市中高压燃气管道灾害性事故原因，以及城市燃气管道事故的降灾因素进行了分析，提出了城市中高压燃气管道风险分析中降灾因子模型。
通过数值模拟对城市中高压燃气管网泄漏、火灾爆炸灾害后果进行了分析，数值模拟的结果表明，随着天然气长输管道输气压力或泄漏口直径的增大，均能导致泄漏天然气流量增大，从而引起天然气云高、天然气浓度区、天然气爆炸极限区的高度和宽度增大，导致危险性增大。在天然气泄漏初始点火后，均可迅速形成爆轰，并达到约l8atm的超压。随着高度或距离点火点水平距离的增加，超压先明显衰减，随后缓慢衰减；重力作用诱使燃烧区或高温区继续沿天然气云高度方向传播。本文数值模拟结果表明：在无风条件下，在高度方向上，高温区导致的危险性大于爆炸波。当发生爆炸时，增大输气压力，计算获得的高度方向安全距离明显增大。
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