張 麗，戴 彪

（中北大學， 山西 太原 030051）

室內燃氣泄漏原因及擴散影響因素的分析

張 麗，戴 彪

（中北大學， 山西 太原 030051）

以居民住房為研究對象，以各學者的研究成果為依據，深入分析了室內燃氣泄漏的基本原因，并且對影響燃氣泄露擴散的不同因素，如泄漏源的位置及泄漏方向，泄漏氣體的性質，泄漏量，室外風速，障礙物等進行了研究，進而歸納總結了不同影響因素下室內燃氣濃度的擴散規(guī)律，為事故預防和事故發(fā)生后及時采取有效的措施提供依據。

燃氣；泄漏原因；擴散；影響因素

隨著科技的發(fā)展及人們生活水平的提高，人們對能源的要求也越來越高，天然氣作為一種高效綠色節(jié)能能源，備受人們關注。然而從燃氣自身性質來講，它是一種易燃易爆氣體，當其與空氣混合達到一定濃度時，在一定得點火能作用下，會發(fā)生劇烈的燃燒爆炸，將嚴重危及到人們的生命和財產安全。

在室內及相對封閉的空間，燃氣一旦發(fā)生泄漏，不易擴散，容易造成堆積，引發(fā)火災及爆炸等危險事故的可能性更大，且在一般居民家庭中不具備火災爆炸等防護用品，人們的安全知識又相對缺乏，一旦發(fā)生事故整個小區(qū)都會面臨重大的傷害。因此深入研究分析室內燃氣泄漏擴散規(guī)律不僅可以在一定程度上防止燃燒爆炸事故的發(fā)生，而且在發(fā)生燃燒爆炸事故后可以在一定程度上指導人們采取措施減低事故造成的傷害。

1 燃氣泄漏原因的分析

1.1 人為原因

現實生活中，有些用戶的安全意識淡薄，安全認知不夠，他們往往為了自己的便捷而忽視相關規(guī)定和制度，私自改裝燃氣管道，私自在燃氣管道上接裝燃氣設備，有些用戶為了盜氣甚至隨意拆卸燃氣表，由于其操作的非專業(yè)性及在完成上述行為之后不進行氣密性檢測，以致泄漏點重重存在，燃氣大量泄露;有些用戶不正確適用灶具，閥門關閉不嚴或忘記關閉灶具閥門，造成大量燃氣泄漏，危及自身安全的同時也給小區(qū)其他居民的生命和財產造成了嚴重的危害[1]。

1.2 非人為原因

（1）管道泄漏，多由于周圍環(huán)境潮濕而致使管道外壁銹蝕穿孔。

（2）接口、閥門泄漏，多由磨損、腐蝕、密封材料老化等誘發(fā)。

（3）膠管脫落，一是由于膠管或連接處的老化龜裂而造成漏氣；二是老化變硬的膠管受外力作用松動脫落而引起的開放式泄漏[2]。

2 燃氣泄漏擴散的影響因素

室內燃氣泄漏后的擴散往往會受到多種因素的影響，比如，泄漏源的位置及泄漏方向，泄漏氣體自身性質，泄漏量，外界風速，空間障礙物等[3]。這些因素都會在或多或少的影響燃氣在室內濃度場的空間分布。

2.1 泄漏源的位置及其泄漏方向

由于室內燃氣泄漏屬于受限射流，開始階段燃氣會以一定的初始速度噴射出來，此刻入射的速度方向將是燃氣流動的主導方向。 泄漏源的位置也會影響燃氣濃度的空間分布，在泄漏源附近燃氣濃度較高，隨著時間的推移，氣體逐漸向周邊擴散。例如，天然氣的泄漏，當泄漏源在地面且水平方向泄漏時，燃氣在接近地面處會形成高濃度區(qū)，隨后逐漸向上擴散；若泄漏源距地面有一定的高度且水平方向泄漏時，在相同的泄漏源強度及室內自然條件下，室內頂部會先形成高濃度區(qū)，隨著時間的推移，氣體逐漸向下擴散[4]。

2.2 泄漏量

燃氣一旦發(fā)生泄漏，決定泄漏事故嚴重程度的主要因素是泄漏量的大小，泄漏量的大小受泄漏速率、泄漏口大小及泄漏時間的影響。在相同的泄漏口徑下，泄漏量越大，泄漏速率越大，氣體軸線速度越大，氣體擴散越遠，變化也越劇烈，在相同時間內泄漏到室內的氣體越多，房間內氣體堆積濃度越大。泄漏量大時在室內引發(fā)危險事故所需要的時間就越短，因此，當泄漏量比較大時，燃燒爆炸事故主要發(fā)生在泄漏的初始階段，且持續(xù)時間較短，同理，泄漏量較小時，處于燃燒爆炸范圍內的燃氣濃度存在的時間越長，發(fā)生燃燒爆炸事故的可能性越大[5]。

2.3 泄漏氣體自身的性質

泄漏氣體自身性質對燃氣泄漏擴散的影響主要表現在燃氣密度上，密度不同的氣體在擴散中的影響主要體現在重力與浮力對擴散過程的干擾。

據燃氣與空氣密度的差異，可把燃氣分為重質氣體和輕質氣體，密度小于空氣的為輕質氣體，密度大于空氣的為重質氣體。當重質氣體泄漏到室內空間時，在重力的作用下會表現出向下擴散的趨勢，這種趨勢會導致重質氣體在離開泄漏源一定距離的下方堆積，同時向上方擴散。當輕質氣體發(fā)生泄漏時，燃氣在浮力作用下會向上擴散，這種流動會使可燃氣體在離開泄漏源一定距離的上方形成堆積，房間下部氣體濃度較低。

一般地，當泄漏燃氣與空氣混合形成的氣體的相對密度不小于1.1時，該混合氣體可能沿地面擴散；當其相對密度值在0.9～1.1范圍內時，該混合物能夠迅速與空氣混合[6]。

2.4 風速

當房間內不受外界風速影響時，燃氣在室內的濃度場將出現明顯的分層現象，但靠近泄漏口，出口及墻壁附近濃度有較大波動，

一般情況下，風速對室內氣體擴散的整體趨勢的影響不大，室內空間氣體濃度變化不明顯，然而在通風口附近影響較大。隨著風速的增大，通風口處氣體擴散的速率也隨之增大，風速對氣體擴散的影響范圍也越大，對擴散到通風口處的燃氣的稀釋作用也相對好一些。

2.5 空間障礙物

空間障礙物的存在會在一定程度上阻礙燃氣在其附近的擴散，從而影響燃氣濃度場的分布[7]。障礙物大多存在于房間的底部，因此障礙物對重質氣體擴散的影響遠大于輕質氣體擴散的影響，而且多數燃燒爆炸事故都是由于燃氣在障礙物附近的堆積引起的。

當房間內不存在障礙物時，泄漏氣體濃度場有明顯的分層現象，且空間內會存在濃度漩渦。當房間內存在障礙物時，泄漏氣體的擴散速度明顯慢于不存在障礙物時氣體的擴散速度,且在障礙物與泄漏口相對的一面燃氣容易形成堆積，相背的一面燃氣濃度相對較低。

3 結 論

( 1 ) 通過對室內燃氣泄漏的原因分析可知，要想從根源上減少事故的發(fā)生首先應加強對廣大居民的安全教育，提高其安全意識，使其意識到嚴格遵守相關規(guī)章制度的重要性，其次，要加強對管道及其他部件的維護及檢修，及時消除安全隱患。

( 2 ) 根據對各影響因素的分析，為了減少可燃濃度場的擴散范圍，我們應注意室內通風，同時減少障礙物等對泄漏后火災爆炸事故的加劇效應。

( 3 ) 為預防各種燃氣泄漏事故，提出了消除爆炸必要條件，盡量避免燃氣泄漏后點火源的存在，還可以裝備燃氣泄漏檢測器，從而避免燃氣泄漏事故的發(fā)生。

［1］ 尹衛(wèi)東．燃氣居民用戶安全管理難點及對策[J].煤氣與熱力，2013，33(4):42-44.

［2］王湘寧．居民室內燃氣泄漏分析[J].煤氣與熱力，2014，34(1):15-17.

［3］臧子璇，黃小美，陳貝.燃氣泄漏射流擴散模型及應用[J].煤氣與熱力，2011，31(6):39-42.

［4］于暢,田貫三.可燃氣體室內泄漏擴散的研究[J］．山東建筑工程學院學報，2006，3(21):243-247.

［5］王鵬．戶內燃氣泄漏的擴散模擬研究及危險效應分析[D].哈爾濱工業(yè)大學，2012.

［6］于暢,田貫三．燃氣室內泄漏質量濃度模型與分析[J].煤氣與熱力，2008，19(1)：66-72．

［7］于力，柴建設，史強．室內天然氣中壓輸氣管道泄漏擴散數值模擬研究[J].安全科學技術，2013，3：5-8．

Analysis on Causes and Diffusion Influencing Factors of Indoor Gas Leakage

ZHANG Li，DAI Biao
（North University of China, Shanxi Taiyuan 030051，China）

Taking the resident houses as research object and based on other scholars’ research results, the basic causes of the indoor gas leakage were analyzed. Then the factors to affect the gas leakage diffusion were studied, such as the location of the leak source, direction of the gas leakage, gas properties, leakage rate, outdoor wind speed, barriers and so on. At last, the diffusion rules of the indoor gas concentration under different impact factors were summarized, which could provide the basis for taking effective measures before and after the gas leakage accident.

Gas；Leakage reason; Diffusion; Influencing factors

TE 88

A

1671-0460（2015）01-0120-02

2014-07-12

張麗（1989-），女，山東聊城人，碩士研究生，研究方向：室內燃氣的泄漏擴散及燃燒爆炸的數值模擬。E-mail：zhli1011@163.com。