CNG加气站固定储气设施的防火间距研究

材料的伤害破坏准则如表1所示。

本文利用Chamberlain模型计算燃气的热辐射。Chamberlain模型是当前国际上较为流行的用于计算喷射火焰特性参数的一种方法。该模型经过了数年的研究， 经受了风洞实验和现场实验的检验。它把喷射火焰看作是一个表面热辐射能量均匀分布的实心截头锥体， 能计算多种环境条件或流动状态下喷射火焰的形状及其表面辐射能量[6-8]。根据Chamberlain模型，喷射火焰的热辐射强度主要按如下步骤计算。

1.1 计算泄漏下膨胀射流的初射速度uj

2 CNG加气站固定储气设施燃气泄漏燃烧热辐射强度的数值计算

2.1 传统的数值计算

目前CNG加气站固定储气设施主要用储气瓶（瓶组）和高压气地下储气井。储气瓶（瓶组）采用大容积储气瓶卧式排列布局，结构形式如图1所示，具有易于制造、瓶阀少、接口少、安全性高、维护方便等优点。20世纪末发明的高压气地下储气井是受制于天然气储存行业技术装备发展水平的暂时选择，它是将177.8～273.1 mm直径的套管采用石油钻井方式打入地下80～300 m，将底部用水泥固封的CNG管式储存容器，储气井具有占地面积小、运行费用低、安全可靠、操作维护简便和事故影响范围小等优点[11]。根据对现有储气设施的燃气泄露研究，最容易发生燃气泄漏的位置为固定储气设施进/出气管口连接处，其中最危险的工况为泄漏燃气的射流方向为储气设施轴向方向，此工况所要求的防火间距最大。根据上述分析，本文选用高压气地下储气井为研究对象，利用Matlab计算极限工况下的热辐射强度，如表2—表4所示。

可见，当目标距离在CNG固定储气设施泄露位置50 m处时，其喷射火焰的辐射强度为4.069 kW/m2，对该位置构建筑物的影响较小，与文献[5]中表408所规定的CNG固定储气设施到站外重要公共建筑物的防火间距为50 m的要求基本吻合。

2.2 基于二次泄压技术的数值计算

为了进一步减小CNG加气站的防火间距，提高土地的利用率，本文提出了一种智能感知型压缩天然气大容积瓶式抗爆泄压地下储气井，将瓶组式储气单元置于地下，配以抗爆泄压式结构和可燃气体检测器等传感元件，结构简单，安全可靠，实时监控，事故可控，维护便捷，经济效益显著[14]。

由于新型CNG储气设施设计了泄压结构（见图2），发生泄漏时，膨胀气体先通过地下结构泄压，从泄压口喷出的气体压力已远远小于泄漏发生时的初始压力。CNG泄漏时，泄漏速度极快，整个泄漏过程可以看成是一个绝热过程。该设施发生泄露燃烧时的热辐射强度的计算结果如表5—表7所示。

可见，与现有CNG加气站的固定储气设施相比，该新型储气设施在极限工况下发生泄漏燃烧时，其燃气喷射速度、火焰长度、火焰表面积以及热辐射强度等参数均明显减小。当目标距离在新型固定储气设施泄露位置25 m处时，其喷射火焰的辐射强度为4.071 kW/m2，按照文献[5]的相关标准，在同样的热辐射强度下其防火间距为25 m即可满足要求，可以大幅减小该储气设施对CNG加气站防火间距的要求。

3 结 语

从理论分析和数值模拟的角度对CNG加气站固定储气设施防火间距进行了定量分析研究。通过对现有CNG加气站固定储气设施和新型储气设施在发生燃气泄漏燃烧时热辐射强度的数值计算，证明在同样的工况下新型储气设施所产生的热辐射强度要小于现有的CNG储气设施（如图3所示），所满足的防火间距要远远小于现有的CNG储气设施。本文为更科学、安全、合理、规范地确定CNG加气站固定储气设施的安全间距提供了一种新思路。在今后的研究工作中，还需设计相应的工程试验对上述固定储气设施的安全间距进行验证。

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