天然氣壓縮機房可燃氣體洩漏狀態分析

分子擴散是物質傳遞的一種重要方式，只要存在濃度梯度（濃度差）、壓力梯度，天然氣就會自發地發生由高壓區向低壓區、高濃度區向低濃度區的質量傳遞，直至壓力、濃度達到平衡。天然氣壓縮機房可燃氣體洩漏，主要發生在壓縮機進出口管道上的各種連線件。洩漏規模一般是按照洩漏孔徑的大小劃分，法蘭及其它連線件的洩漏也可以用當量孔徑來衡量。即天然氣管道洩漏一般為孔口洩漏，洩漏過程可看作是可壓縮氣體的孔口出流。從事故事件調查情況看，小規模（小孔徑）洩漏事故發生的可能性較大，大規模（大孔徑）洩漏事故發生的可能性較小。事實上，若天然氣管道發生大規模洩漏，洩漏出的天然氣將迅速充斥整個壓縮機房空間，可燃氣體探測器佈置在任何位置都將能夠有效探測。因此，有關可燃氣體探測器佈置，只需要考慮小規模洩漏。這裡，將洩漏點看成是1個足夠小的孔，將管道看成是一個容積足夠大的容器。因而，管道內壓力不會受洩漏影響而發生變化，即等壓洩漏。

1、通風不良環境可燃氣體洩漏狀態

在封閉場所內，由於通風不良（可以理解為靜風環境），天然氣自洩漏孔口噴射出來後呈高濃度高壓力狀態，與周圍環境存在較大壓差，並區域性產生漩渦，形成“真空區”，周邊氣體會橫向流向射流邊界層，從而彌補由“真空區”造成的低壓，壓力會在很短時間、很小範圍內與周圍環境平衡，並與周圍介質發生摻混，不斷地向大氣擴散，從而形成一種自由擴散形態，濃度和速度分佈基本上都呈對稱分佈。

由於天然氣的分子量約為16，不足空氣平均分子量（29）的60%，洩漏的天然氣在空氣中將受到鉛直向上的浮力的作用。在距離洩漏孔口不遠的區域內，初始動量起主要作用，其流動特性與純射流相近，基本上不受空氣的影響。而隨著噴射距離的增大，其射流的寬度逐漸增大，分佈區域逐漸變大，由於沿程卷吸周圍靜止流體的阻滯作用，初始的動量作用漸漸減弱。相反，浮力作用逐漸突出，最終佔據主導地位，天然氣自由擴散程度越來越大，最終運動高度可達區域空間頂部，其洩漏狀態總體呈蘑菇雲狀。若洩漏點在管道上方，射流鉛直向上，此時在洩漏點水平距離較遠處一定高度範圍內將成為監測死角。事實上，無論是垂直方向還是水平方向，隨著擴散距離的延伸，天然氣濃度將會衰減，甚至低於爆炸下限的25，可燃氣體檢測報警系統將無法啟動。

另一方面，洩漏天然氣受浮力作用，最終運動將達空間頂部。此時，由於區域頂部為封閉空間，洩漏的天然氣將源源不斷地在頂部聚集，甚至達到爆炸極限。

2、屋頂強制排風條件可燃氣體洩漏狀態

基於1對通風不良環境可燃氣體洩漏狀態分析，當壓縮機房頂部設定機械排風裝置時，無論是自然補風還是機械補風，廠房內的空氣流動狀態都將發生變化，洩漏的天然氣射流將向排風口鉛垂位置偏轉。由於空氣流動方向總體向上，洩漏天然氣除受到浮力作用向上移動外，同時還要受到向上空氣運動的裹挾作用，向上運動速度將加快，水平擴散距離將會收窄，監測死角空間將加大。另一方面，由於向上運動速度加快，天然氣濃度降低速率也將加大，若洩漏量不足以維持足夠的濃度，當可燃氣體探測器安裝位置較高時，檢測報警系統將無法啟動。