多年來，國內(nèi)外許多專家和學(xué)者在管道輸送安全性方面做了大量的研究工作，從管道的安全設(shè)計、管道的材質(zhì)分析到管道泄漏檢測技術(shù)等多方面進行了大量的研究^[1-8]。實際上，由于各種自然或人為的不可預(yù)料的因素，管道運輸泄漏事故時有發(fā)生。因此，對管道氣體的意外泄漏進行泄漏影響區(qū)域分析及其擴散影響范圍的確定，從而采取適當(dāng)?shù)拇胧?，組織救援，對事故處理以及減少事故損失均具有舉足輕重的作用。管道泄漏速率的確定是分析泄漏擴散以及預(yù)測評價事故后果的基礎(chǔ)和依據(jù)。近年來，國內(nèi)外相關(guān)專家和學(xué)者對于氣體運輸管道泄漏模型進行了一些研究^[9-11]。

1 泄漏模型
1．1 一般泄漏速率模型
　　現(xiàn)行較普遍的氣體泄漏速率的計算，是利用氣體泄漏速率與其流動狀態(tài)有關(guān)的特性，通過判斷泄漏時氣體流動屬于聲速(臨界流)還是亞聲速流動(次臨界流)來確定其泄漏速率模型^[9]。
　 　　　? 氣體流動屬于聲速流動，有：
　　　　　

　　　　　
?

?

?

??? 時，氣體流動屬于亞聲速流動，有：
　　　　　　　?

式中pa——環(huán)境壓力，Pa
　　p——管道內(nèi)氣體的壓力，Pa
　　K——氣體的等熵指數(shù)
　　qm——氣體泄漏速率，kg/s
　　Gd——氣體泄漏系數(shù)，當(dāng)裂口形狀為圓形時取1．00，三角形時取0．95，長方形時取0．90^[9]
　　Aor——泄漏孔的面積，m²
　　M——氣體摩爾質(zhì)量，kg／ktool
　　R——摩爾氣體常數(shù)，取8．314 J／(mol·K)
　　T——氣體溫度，K
　　這種方法對于泄漏時管道內(nèi)的氣體壓力恒定工況的計算是比較方便的，當(dāng)因管道內(nèi)壓力降低而影響泄漏速率時，此模型就不適用了。
1．2 小孔泄漏模型和管道泄漏模型^[10]。
　　小孔泄漏指孔徑小于20mm的孔的泄漏或斷裂，孔徑為20～80mm的孔為大孔。管道橫截面完全斷裂的泄漏模型則為管道泄漏模型^[12]。
　　這種氣體泄漏模型將氣體看成可壓縮氣體，應(yīng)用流體力學(xué)的連續(xù)性方程、動量守恒方程和能量守恒方程描述氣體的流動過程。在理想氣體狀態(tài)方程中引入氣體壓縮因子來減少與實際氣體的差別，即氣體的狀態(tài)方程為：
　　pV=ZnRT
　　式中 V——氣體的體積，m³
　　z——壓縮因子
　　n——氣體的物質(zhì)的量，mol
　　圖1是管內(nèi)氣體泄漏的示意圖^[12]，它表示距管道某一閥門L處存在一個小孔，管道在此處發(fā)生穿孔或破裂。點1為管道起始斷面(即閥門所在的斷面)上的一點，點2為與泄漏點在同一截面上的管內(nèi)某點，點3為泄漏點。p_i、T_i、u_i、p_i(i=1、2、3)分別指點l、2、3處的壓力(單位為Pa)、溫度(單位為K)、氣體流速(單位為m／s)、氣體密度(單位為kg／m³)。T_a、ρ_a分別指大氣環(huán)境溫度(單位為K)、大氣密度(單位為kg／m³)。