城市管道天然气在土壤中泄漏扩散实验研究

天然气在土壤中扩散行为的实验研究对埋地管道泄漏点的科学定位及泄漏事故的预防具有重要意义.采用全尺度气体泄漏实验系统,模拟真实埋地管道泄漏场景,对泄漏后的天然气在土壤中的扩散对流过程进行实验研究.基于自行研制的气体检测与数据采集系统和GasClam地下气体在线监测仪,分析天然气在土壤中的对流扩散规律.结果表明:埋地管道泄漏后天然气在土壤中的对流扩散过程可以分为4个阶段:孕育阶段、陡然增长阶段、缓慢增长阶段和稳定阶段,其浓度随泄漏时间的变化过程符合S型曲线特征.天然气扩散至检测点所需时间与距泄漏口距离呈现近似的幂指数关系.当检测点位于泄漏口附近区域时,泄漏压力起主导作用.当检测点位于远离泄漏口区域时,泄漏量起主导作用.     

天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟

针对长输天然气架空管道泄漏问题,综合考虑风速随海拔变化的边界条件、管道管形及泄漏方向等因素,建立非稳态泄漏模型,对不同管道泄漏压力和不同天然气浓度边界的天然气非稳态泄漏扩散进行了数值模拟。结果表明:在天然气向下泄漏的工况下,天然气气团主要在地面积聚,呈无规则的扩散;天然气管道泄漏压力与气体泄漏扩散速度成正比,与天然气浓度边界达到稳定所需时间成反比:不同泄漏压力下天然气扩散稳定后的扩散距离及泄漏影响面积大致相同;天然气浓度边界越小,达到稳定所需时间越长。     

架空及埋地天然气管道泄漏扩散数值研究

天然气在管道运输过程中,由于含硫等腐蚀性气体对管道内壁的腐蚀作用,在管内其他压力的作用下,会引起穿孔泄漏。泄漏后的天然气扩散后,可能会引发火灾、中毒或爆炸。因此,进行天然气管道泄漏扩散及数值模拟研究,对管道输送安全运营和保障人生财产安全意义重大。该文利用CFD软件对架空及埋地含硫天然气管道穿孔泄漏后的甲烷、硫化氢气体的扩散进行了数值模拟。结果表明,受土壤毛孔阻力的影响,埋地天然气管道泄漏爆炸范围比架空天然气管道泄漏要小,但其在地面的影响时间长,硫化氢的中毒范围比架空要低30m左右。为天然气的安全输送及环境保护提供了理论依据。     

基于CFD的城市埋地天然气管道泄漏扩散数值分析

针对城市埋地天然气管道泄漏天然气扩散问题,基于计算流体动力学CFD方法建立城市埋地天然气管道泄漏扩散数值模型,对天然气的主要成分——甲烷在土壤中的扩散行为进行模拟与分析,根据甲烷的爆炸极限观察天然气泄漏扩散危险区域变化,并分析不同孔隙率土壤对天然气扩散的影响。研究结果表明:埋地天然气管道泄漏气体扩散至土壤过程中,气体浓度等值线出现不规则变化,高浓度区等值线近似为椭圆,浓度梯度随时间的增加而减小,爆炸下限位置在天然气泄漏初期迅速变化,10 s后以均匀速度向地表移动;土壤孔隙率对天然气对流扩散影响显著,孔隙率越大,管道泄漏口处高浓度区域越大,中浓度区域越小,低浓度区域越容易扩展到地表,浓度梯度变化趋势相似。     

管道压力对激光检测天然气管道泄漏影响分析

在天然气管道泄漏检测中,激光检测是常用的技术手段,然而激光检测受天然气扩散过程的影响,会存在一定的偏差。基于对天然气管道泄漏过程的分析,建立了架空天然气高压管道泄漏扩散模型,在5p0、10p0、15p0三种管道压力情况下,进行了天然气管道泄漏过程的数值分析,并探讨压力对激光检测结果的影响。研究结果表明:在三种不同的高压管道内,天然气扩散受压力影响较小,且激光检测结果受其影响微弱,几乎无影响。     

天然气高压输送管道微量泄漏TDLAS检测技术理论研究

天然气输送管网规模随着城镇化进程加快而急剧扩大,高压管道气体微量泄漏的威胁日益严重,传统检测方法不能实现连续地精确检测。利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)检测技术可以实现对微量泄漏的甲烷等气体进行快速、精确地检测。介绍了TDLAS技术的检测原理和压力管道的泄漏物理模型。选择CH4在1 653.7 nm处的吸收谱线为研究对象,结合已有的数据与参数,分析了光谱吸收率和可探测浓度下限随温度、压强的变化特征,以及激光扫描步长对测量精度的影响。结果表明,TDLAS技术应用于高压管道微量泄漏的实时检测是可行的。测量得到的气体浓度符合检测标准,可作为相关检测的基准值谱。     

基于ArcGIS Engine设计天然气管道泄漏事故后果评估系统

城市天然气管道是城市不可缺少的基础设施之一,为有效遏制天然气管道事故造成的重大灾害,需加强对应急救援系统的研究。选取高斯模型分析泄漏的天然气的扩散过程,并划分事故后果评估区域。利用ArcGIS Engine平台,设计并建立一个城市天然气管道泄漏事故的应急救援系统。利用该系统可模拟天然气管道泄漏后可能发生的气体扩散、火灾、爆炸等事故后果,通过天然气理化参数、天然气泄漏的初始状态和周围环境的气象条件,以可视化方式直观显示不同等级的事故后果评估缓冲区。     

天然气管道泄漏火球事故后果模拟评价

天然气管道发生泄漏时,大约90%的气体产生燃烧并形成火球,遇火源即发生危害性非常大的火球爆炸事故。本文针对城市天然气管道泄漏事故,综合考虑天然气泄漏后可能发生的火球燃烧和爆炸,利用爆炸冲击波和火球热辐射模型对天然气管道(完全破裂)在发生泄漏时发生火球爆炸进行计算,结果表明:2分钟内泄漏天然气云团超压爆炸的死亡半径和热辐射的火球半径分别高达39.44m和92.93m。因此,通过计算天然气泄漏火球事故爆炸和热辐射范围,对天然气火球爆炸事故预防与应急救援具有一定的意义。     

含硫天然气管道中毒潜在影响半径计算方法

含硫天然气的泄漏会造成人员中毒,严重威胁管道附近人员的生命安全,ASME标准中推荐的潜在影响半径计算模型不适用于含硫天然气管道。常用气体扩散模型忽略泄漏气体的喷射作用导致中毒影响半径计算结果过于保守,因此首先分析含硫天然气管道泄漏特点,考虑泄漏气体喷射高度和泄漏速率的变化对硫化氢地面体积分数的影响,基于天然气泄漏扩散规律建立了不同时刻烟团和烟羽体积分数叠加表征的硫化氢中毒潜在影响半径R计算模型。考虑截断阀紧急关闭影响,按照30 s时间提出了泄漏速率分段计算依据,并合理确定了瞬时泄漏气团质量Q、连续性泄漏源强q、扩散参数以及泄漏气团中心高度H等基本参数。针对不同压力、管径、硫化氢体积分数条件,进行了中毒影响半径、热辐射潜在影响半径及忽略喷射高度的影响半径对比分析,合理提出了按照中毒潜在影响半径确定含硫天然气管道潜在影响半径的计算方法。     

直升机检测地下管道泄漏

德国境内约有4.5万公里长的高压天然气输送管。工作人员要定期检查管道是否受损。通常的直升机空中检查只能判断地面上的管道是否出现泄漏。工作人员在检查埋在地下和铺设在居民区内的管道时要使用气体探测器,即必须徒步检查,费时费力。但现在出现了一种新的探测系统。借助这套系统,不论管道铺设在什么地方,工作人员都可以通过检测空气中的天然气含量就可以发现管道泄漏情况。这套名为甲烷空中远程探测器的系统由E.on鲁尔燃气公司、德国航空航天中心和阿德拉勒斯激光公司联合研制。使用时,工作人员将设备装上直升机的货舱。这种基于红外激…     

2种基于模式识别的环状燃气管网泄漏检测方法

为了将模式识别技术应用于环状燃气管网泄漏检测并找到合适的特征提取方法,以天津城建大学实验室环状燃气管网泄漏为例,将实验的28种工况作为测试样本,与之对应的模拟工况作为训练样本,采用提取压力图像特征向量法和节点压力矩阵法分别进行环状燃气管网的泄漏检测,采用支持向量机分类器将2种方法获得的特征向量进行训练与分类检验,进而将其分类准确率进行对比分析。研究结果表明:该2种方法均可用于环状燃气管网泄漏检测,提取压力图像特征向量法因有效地降低了特征向量的维度和数据波动的干扰,其结果更优。结合SCADA和GIS系统,可将该法应用于实际水、气、油管网泄漏检测和定位,有助于降低成本,提高检测效果。     

城市综合管廊燃气舱室输气管道泄漏扩散规律研究

为了掌握输气管道在城市综合管廊舱室泄漏扩散的基本规律,采用FLUENT软件,针对管廊正常通风—泄漏报警—事故通风—警报解除的全过程进行动态分析。首先在正常通风速度建立的稳态风场中,模拟天然气在不同管输压力下发生小孔泄漏后的报警时间,根据首个响应的报警器的位置判断泄漏源位置。结果表明,当泄漏孔径为20 mm,通风速度为1.92 m/s,且泄漏源处于2个报警器中间时,管输压力为200,400,800 kPa时对应的报警时间分别为10.4,6.7,4.5 s。事故通风速度下,对不同管输压力的天然气扩散进行分析,当天然气朝逆风侧扩散时,随动量逐渐减小而到达不同的边界坐标。同时,环境大气压的降低不仅会缩短报警器的首次报警时间,还能延长总扩散距离。预测所得的天然气爆炸上下限浓度区移动速度有助于动态了解处于爆炸上下限浓度之间气体的实时位置。解除报警时间与进风口风速呈近似线性关系,可为现场救援队伍选择经济通风量提供理论指导。     

天然气管道不同孔径泄漏失效概率量化方法研究*

为研究不同孔径泄漏下天然气管道失效概率,首先基于EGIG数据库和UKOPA数据库天然气管道历史失效数据,计算由不同失效原因导致3种孔径泄漏所占比例;然后将我国管道各原因基础失效概率按照对应比例分别进行修正,获得较适用于我国天然气管道特点的不同孔径泄漏基础失效概率;最后分别考虑第三方破坏、腐蚀、施工缺陷/材料失效、误操作、自然力破坏5种失效原因,完成对天然气管道不同孔径泄漏基础失效概率的修正计算。研究结果表明:小孔泄漏、中孔泄漏和破裂泄漏的基础失效概率分别为0.173,0.128,0.048次/（103 km·a）;修正因子包括管径、埋深、壁厚、管龄、防腐层类型、管道所处区域,上述因子能够满足不同场景下天然气管道失效概率的修正计算;概率量化方法综合考虑失效原因、泄漏孔径以及管道本体信息,能够定量化预测天然气管道失效概率,为天然气管道定量风险评价提供数据支撑。     

岩鹰山隧道内天然气管道泄漏规律及通风方案研究

采用经典流体力学理论,以及计算流体力学（CFD）等方法相结合,对中缅油气 管线上具有代表性的岩鹰山隧道进行研究。用Fluent软件对岩鹰山隧道天然气管道泄漏 进行仿真模拟,利用Fluent模拟结果与泄漏源计算结果相结合,经过理论分析与数据拟 合,提出泄漏天然气充满隧道的时间计算模型,通过不同边界条件下隧道内天然气泄漏 扩散规律的模拟结果对时间模型进行验算并修正。利用计算流体力学（CFD）方法,研 究岩鹰山隧道在发生天然气泄漏事故后,单风机通风方案的效率,得出隧道通风优化方 案,方案内容包括最佳送风方式、布设水平位置、布设高度、布设间距。根据通风方案 计算结果对风机型号选取、以及隧道洞门设计提出了建议。     

基于FLACS CFD的不同气油比油气混输管道泄漏火灾后果对比

不同气油比的油气混输管道泄漏后果危害形式和风险差异的准确判断对于管道泄漏应急处置至关重要。以中国西部某油田集输管道为研究对象,针对不同气油比管道泄漏的火灾危害进行了对比分析,构建了FLACS CFD模型,并研究了油气混输管道原油泄漏形成池火的火灾特征和影响范围,以及天然气泄漏形成喷射火的高温分布和影响规律。研究结果表明:应急处置应考虑不同气油比下池火与喷射火危害的差异。在油气混输管线泄漏10 min形成稳定火焰的场景中,气油比低于100 m3/t时,原油池火为火灾危险的主要影响因素;气油比高于200 m3/t时,天然气喷射火为主要影响因素;气油比超过250 m3/t,高温覆盖距离不再明显增加;40 m为此场景下混输油气泄漏喷射火致死距离上限,120 m为温度影响上限。     

基于稳定风场的埋地天然气管道泄漏数值模拟

针对目前城镇埋地管道天然气泄漏研究模拟工况简单、可信性较低等问题,考虑障碍物对环境风场的影响,利用计算流体力学（CFD）软件建立天然气管道三维泄漏模型,将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和管道泄漏扩散的瞬态模拟两步,分析天然气泄漏扩散规律。结果表明:在风场稳态模拟中,建筑物附近风场受干扰明显,上游形成小范围的低速滞留区,下游形成较长的尾迹。在天然气泄漏扩散瞬态模拟中,土壤层天然气受风速影响较小,气体在近地面及贴近建筑物侧积聚,扩散范围随时间逐渐趋于稳定,泄漏扩散达到稳定后表现出土壤层积聚、气云沉降、贴近建筑物积聚、气云扩散局限性的特征。风速主要影响天然气的扩散高度,对水平方向的扩散范围影响较小,风速与天然气扩散高度成反比。     

埋地管道泄漏天然气在分层填筑土壤扩散数值模拟研究

城市埋地天然气管道发生泄漏不易被发现,并易产生爆炸、火灾、中毒等次生事故,针对低压埋地天然气管道施工分层填筑与不分层填筑的两种情况建立模型,依据多孔介质模型修正后的基本控制方程,采用FLUENT组分运输模型、RNG k-ε湍流模型,对管道沟渠分层填筑与不分层填筑气体泄漏扩散情况进行数值模拟。根据仿真土壤含气摩尔量划分三个浓度区域进行分析,分层填筑土壤分界处砂土含气量达到低浓度的时间较快约为60 s,12 min可以达到高浓度区域。两种材质交界面处,高浓度气体扩散存在延迟,中浓度和低浓度气体扩散在交界面处扩散曲线有明显拐点,进入到上层土壤材料后扩散速率加快,不分层填筑模型扩散速率没有明显改变。