天然气压缩机房可燃气体泄漏状态分析

分子扩散是物质传递的一种重要方式，只要存在浓度梯度（浓度差）、压力梯度，天然气就会自发地发生由高压区向低压区、高浓度区向低浓度区的质量传递，直至压力、浓度达到平衡。天然气压缩机房可燃气体泄漏，主要发生在压缩机进出口管道上的各种连接件。泄漏规模一般是按照泄漏孔径的大小划分，法兰及其它连接件的泄漏也可以用当量孔径来衡量。即天然气管道泄漏一般为孔口泄漏，泄漏过程可看作是可压缩气体的孔口出流。

从事故事件调查情况看，小规模（小孔径）泄漏事故发生的可能性较大，大规模（大孔径）泄漏事故发生的可能性较小。事实上，若天然气管道发生大规模泄漏，泄漏出的天然气将迅速充斥整个压缩机房空间，可燃气体探测器布置在任何位置都将能够有效探测。因此，有关可燃气体探测器布置，只需要考虑小规模泄漏。这里，将泄漏点看成是1个足够小的孔，将管道看成是一个容积足够大的容器。因而，管道内压力不会受泄漏影响而发生变化，即等压泄漏。

1、通风不良环境可燃气体泄漏状态

在封闭场所内，由于通风不良（可以理解为静风环境），天然气自泄漏孔口喷射出来后呈高浓度高压力状态，与周围环境存在较大压差，并局部产生漩涡，形成“真空区”，周边气体会横向流向射流边界层，从而弥补由“真空区”造成的低压，压力会在很短时间、很小范围内与周围环境平衡，并与周围介质发生掺混，不断地向大气扩散，从而形成一种自由扩散形态，浓度和速度分布基本上都呈对称分布。

由于天然气的分子量约为16，不足空气平均分子量（29）的60%，泄漏的天然气在空气中将受到铅直向上的浮力的作用。在距离泄漏孔口不远的区域内，初始动量起主要作用，其流动特性与纯射流相近，基本上不受空气的影响。而随着喷射距离的增大，其射流的宽度逐渐增大，分布区域逐渐变大，由于沿程卷吸周围静止流体的阻滞作用，初始的动量作用渐渐减弱。相反，浮力作用逐渐突出，最终占据主导地位，天然气自由扩散程度越来越大，最终运动高度可达区域空间顶部，其泄漏状态总体呈蘑菇云状。若泄漏点在管道上方，射流铅直向上，此时在泄漏点水平距离较远处一定高度范围内将成为监测死角。事实上，无论是垂直方向还是水平方向，随着扩散距离的延伸，天然气浓度将会衰减，甚至低于爆炸下限的25，可燃气体检测报警系统将无法启动。

另一方面，泄漏天然气受浮力作用，最终运动将达空间顶部。此时，由于区域顶部为封闭空间，泄漏的天然气将源源不断地在顶部聚集，甚至达到爆炸极限。

2、屋顶强制排风条件可燃气体泄漏状态

基于1对通风不良环境可燃气体泄漏状态分析，当压缩机房顶部设置机械排风装置时，无论是自然补风还是机械补风，厂房内的空气流动状态都将发生变化，泄漏的天然气射流将向排风口铅垂位置偏转。由于空气流动方向总体向上，泄漏天然气除受到浮力作用向上移动外，同时还要受到向上空气运动的裹挟作用，向上运动速度将加快，水平扩散距离将会收窄，监测死角空间将加大。另一方面，由于向上运动速度加快，天然气浓度降低速率也将加大，若泄漏量不足以维持足够的浓度，当可燃气体探测器安装位置较高时，检测报警系统将无法启动。

审核编辑：符乾江