天然气管道泄漏喷射火燃烧特性研究

针对天然气管道泄漏发生喷射火事故,采用动态火灾软件FDS进行天然气管道泄漏喷射火数值仿真,结合固体火焰模型分析了火焰几何特性、温度与热辐射空间分布等关键参数,依据温度与热辐射伤害准则确定了危险区域范围;并对比不同风速和泄漏孔径下火灾事故的危险范围,研究风速和泄漏孔径对火灾事故的影响程度。结果表明:热辐射是火灾后果的主导因素,25.4 mm泄漏孔径喷射火灾充分燃烧时,其火焰最高温度为1 200℃,喷射口25 m以内为危险区域,随风速增大,温度伤害范围略有增大,热辐射伤害范围显著增大;泄漏孔径变化对喷射火事故后果的影响与风速变化的影响相同,但泄漏孔径对事故后果的影响更为显著,泄漏孔径从6.35 mm增大至25.4 mm和101.6 mm,人员温度伤害半径分别增大2.71倍和10.42倍。最后,结合仿真结果,提出了具有针对性的喷射火应急防控措施。     

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。     

山谷地区埋地天然气管道泄漏三维数值模拟

针对山谷地区埋地天然气泄漏问题,建立三维泄漏模型,将管道模型建立于土壤下,给出山谷地区风随海拔高度变化边界条件,在此基础上对山谷地区高含硫天然气泄漏问题进行六组模拟。结果表明:六组工况下硫化氢的危险区域全部大于甲烷的危险区域,突显出天然气泄漏问题中硫化氢的危害性之大。风速对危险范围的影响很大,在山谷地形条件下危险范围大小与风速大小成反比,且风速越大,危险范围越小。三个泄漏口方向中漏口斜向上45°时空气中泄漏气体的总质量分数最大,扩散的范围最大,但部分范围内并未达到泄漏气体的危险浓度,危险范围比实际扩散范围要小,漏口斜向下45°时危险区域是最大的,漏口水平介于中间。     

考虑工艺控制的海底长输气相管道泄漏规律研究

为了研究海底管道泄漏规律,评估管道泄漏风险,建立了海底长输管道泄漏模型,研究了不同孔径、持液率及管道高程对泄漏过程的影响,探讨了在不同响应时间下的泄漏总量及介质损失。研究结果表明:泄漏速率随泄漏孔径增大而增大,小孔泄漏或管道破裂时,泄漏速率上升较缓;管道内持液率低于0.08%时,液体含量对管道泄漏点压力及泄漏速率的影响较小,大于此值时,随着持液率的增加,管道压力及泄漏速率明显降低;对于不同响应时间下的总泄漏量,响应时间越长,泄漏量越大,直接经济损失越高。研究结果可用于海底天然气管道泄漏风险分析及事故预警。     

架空天然气管道泄漏事故后果数值模拟研究

针对架空天然气管道泄漏引起的火灾爆炸问题,采用事件树分析泄漏扩散引起的事故后果,并在数值模拟中着重分析了模拟数学模型的选择。在三种不同泄漏孔径、两种不同风速、两种不同运行压力条件下分别应用ALHOA软件对事故后果进行数值模拟,结果表明:泄漏孔径、运行压力与危害影响范围成正比关系;在闪火和蒸气云爆炸中,风速与危害影响范围成反比关系,而风速对射流火灾的热辐射范围基本没有影响。     

土壤-大气中燃气泄漏扩散规律研究

为对燃气管道、与其并行管道的敷设及燃气泄漏事故的应急管理决策提供依据,采用环刀法和自主搭建的试验平台,获得孔隙度和土壤阻力系数等土壤扩散控制方程的关键参数;建立埋地管道燃气泄漏的物理模型,并运用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法,研究管道埋深及泄漏孔径对燃气沿土壤-大气扩散规律的影响。结果表明:随着埋深的增加,燃气在土壤中的危险区域范围先减小后增大;随着泄漏孔径的增大,危险区域范围明显增大;燃气沿土壤-大气扩散时易在街谷内形成近地面积聚。因此,敷设燃气管道时适宜的埋深可减小燃气在土壤中扩散的危险区域范围,与燃气管道存在耦合危险的并行管道最好沿街道两边分开敷设,街道空腔区是燃气泄漏事故应急管理的重点区域。     

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。     

中压燃气管道泄漏工况下流量扰动幅度模拟分析*

为检测和定位燃气管道泄漏,基于泄漏定位公式,利用模拟软件Pipeline Studio构建等效中压管道模型,模拟不同工况条件下燃气管道泄漏动态。结果表明:泄漏发生后,一定时域内用户端流量将出现扰动,供气压力越高、供气量越大、泄漏孔径越小、管道长度越长,流量扰动持续时间越长;忽略管长影响,泄漏位置越接近气源,流量扰动幅度越易出现先增大后减小趋势,反之易出现单调递减趋势;泄漏端位置距离用户端越近,流量扰动幅度越大,反之越小。研究结果可为燃气管道泄漏检测和定位提供理论依据。     

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。     

埋地输氢管道泄漏爆炸事故后果模拟分析

为了输氢管道的安全建设与运营,基于计算流体力学FLACS软件,模拟了埋地输氢管道在半受限空间内的泄漏爆炸事故后果,探讨了泄漏孔径、泄漏时长、输氢压力和环境风速对爆炸事故后果的影响规律,并得出相应的危险区域。结果表明:泄漏孔径、输氢压力和最大爆炸超压均与危险区域呈正相关关系,泄漏时长对事故后果几乎无影响;随着输氢压力的增大,危险区域受建筑物和风速的影响更为明显,在建筑物附近形成了狭长的危险区域带;最大爆炸超压和危险区域随环境风速的增大均呈现出先增大后减小的趋势。     

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.     

不同冲煤量对有效抽采半径的影响规律研究

水力冲孔可通过高压水射流使钻孔孔洞周围煤体形成卸压区,增加煤层透气性,提高抽采效果。不同冲煤量将直接影响孔洞的形态大小和有效抽采半径。以中马村矿为例,通过现场试验、数值模拟等方法分析研究了不同冲煤量对有效抽采半径的影响规律。结果表明:抽采90 d,单位冲煤量为1,1.5,2 t/m的有效抽采半径分别为3.45,3.61,3.88 m与现场得到的结论基本一致。抽采时间一定时,有效抽采半径随着单位冲煤量的增加逐渐增大,但增大趋势逐渐减弱。单位冲煤量一定时,随着抽采时间增加,瓦斯压力逐渐降低,有效抽采半径不断增大。研究结论对优化钻孔布孔参数,提高瓦斯灾害防治效果具有重要意义。     

基于CFD-DEM的旋风除尘器内气固流动特性研究

为了研究旋风除尘器内气固流动特性,采用CFD-DEM耦合算法研究不同入口气体速度下旋风除尘器内颗粒流态、静压、径向速度及轴向速度分布特征。结果表明:煤屑颗粒在离心力和径向曳力的作用下以螺旋颗粒条带靠近除尘器的壁面稳定向下移动,随着入口风速的增加煤屑颗粒条带变宽,条带与除尘器的第1次接触的拐点上移,螺距减小;除尘器内部压力轴向变化较小,径向变化较大,随着入口气体速度增加,除尘器壁面附近高压区范围和压力也随之增加,除尘器上方和下方的负压区变宽并朝轴向方向延伸;随入口气体速度增加,除尘器内径向速度和轴向速度逐渐增加,煤屑颗粒在除尘器中部聚集较多,煤屑停留时间变长,入口气体速度为15 m/s时,煤屑颗粒在除尘器内停留时间最长。     

挡气板对综合管廊燃气泄漏扩散影响规律研究*

为研究挡气板对综合管廊燃气泄漏扩散影响规律,采用Fluent 软件模拟增设挡气板条件下泄漏燃气浓度分布特性,研究挡气板对探测效果及危险区域分布影响规律。结果表明:无通风情况下,增设挡气板可提升探测效果;正常通风条件下,探测效果无明显提升;挡气板高度达到0.5 m后,继续增加设置高度,探测效果无显著提升;无通风条件下,受挡气板区间段阻挡作用影响,燃气浓度危险区域扩张速度减小;正常通风条件下,挡气板背风侧安全区域间接促进泄漏燃气扩散排出,可有效防止管廊内部燃气聚集。研究结果可为优化综合管廊燃气舱可燃气体探测布置方案提供新思路与理论依据。     

物流基地危险货物储区外部安全防护距离研究

在物流基地规划建设中,危险货物储区外部安全防护距离的设定是很重要的一个组成部分。针对危险货物储区化学爆炸与毒气泄漏事故影响范围大、后果严重等特点,先应用鱼刺图事故分析原理分析危险货物储区危险因素,再建立化学爆炸与毒气泄漏危害距离计算模型,最后以冲击波伤害与毒气中毒有效剂量标准为依据,根据已建模型计算化学爆炸与主、次导风向毒气泄漏伤害距离。结果表明在设定安全防护距离时,结合化学爆炸、毒气泄漏危害距离模型,能得到合理的危险货物储区周边安全防护距离,具有实际应用价值。     

输气管道小孔泄漏压力响应实验与仿真研究

管道压力是进行泄漏速率和泄漏后果模拟的重要参数,搭建泄漏及气体扩散测试实验系统,并建立实验系统的Flowmaster模型,通过实验数据对模型进行验证,验证结果表明,可以基于Flowmaster模型预测小孔泄漏条件下管道内的压力响应情况,并且能够较为精确的计算泄漏稳定后管内的平均压力,为小孔模型准确计算泄漏速率提供理论依据。     

On the non-monotonic wind influence on flammable gas cloud from CFD simulations for hazardous area classification

Hazardous areas are defined as a result of a variety of variables as storage temperature, pressure, leak orifice size, physical properties of flammable substance, and wind characteristics. The potential formation of an explosive atmosphere must be accurately assessed to ensure process safety. Therefore, computational fluid dynamics (CFD) arises as an important tool for accurate predictions as recommended by the international standard IEC 60079-10-1 (2015). This study aims to analyze the influence of wind velocity magnitude and direction on the hazardous area classification. The authors evaluated the extent and volume for methane, propane, and hydrogen leakages from a CFD model. For each flammable gas, the wind velocity magnitude and direction were regularly varied. The outcomes show that the behavior of the plume size as the wind varies mainly depends on the gas concentration. Counter-flow wind directions lead to zero relative velocity closer to the release point, which concentrates the gas, and wind in the release direction promotes a higher dilution of the gas cloud increasing the hazardous extent while decreases the volume. As a consequence, the wind also influences the zone type, which was accurately predicted from CFD simulations and significant differences were found when compared to the standard analyses. These differences are, to some extent, related to the consideration of wind velocity effects on the gas jet release.     

鲸鱼优化算法下气体泄漏源波达方向估计法

为减小压力容器气体泄漏实时位置估算误差,准确监测容器工况,首先,从声学监测角度提出一种引入鲸鱼优化算法(WOA)的泄漏源估计方法,采用波达方向(DOA)估计法预测气体泄漏位置方向,获得泄漏源角坐标;然后,引入WOA自适应选择方法分解DOA的特征值,多次迭代得到最精确的泄漏位置;最后,以某化工厂中压力容器数据为实际算例,比较基于WOA的气体泄漏源估计结果。结果表明:该方法可以实现压力容器泄漏精确定位,通过仿真性能曲线可直观地看出,相比于传统DOA方法及基于其他仿生智能算法的DOA方法,该方法鲁棒性和抗噪性能更好,且定位准确率高达95%,节省时间消耗达92.2%,可增强工程应用实时性。     

城市天然气管道泄漏的危害分析

城市天然气系统的管道化很大程度上便利了人们的生活,但与此同时管道泄漏也造成灾难性后果.采用高斯烟团扩散模型,对天然气管道瞬间泄漏的扩散行为进行模拟,计算出天然气管道泄漏后的最大危害距离,其结果可以为应急救援提供决策支持.