气相管道小孔泄漏压力响应试验与仿真研究

管道压力是进行泄漏速率计算和泄漏后果模拟的重要参数,采取试验与数值模拟相结合的方法对小孔泄漏压力响应进行研究。以中国石油大学(华东)泄漏及气体扩散测试试验系统为平台,建立了试验系统的Flowmaster模型,并通过试验数据对模型进行验证。结果表明,试验系统可以用来研究小孔泄漏管道内的压力响应情况并准确计量泄漏速率,可以基于Flowmaster模型预测复杂工况下小孔泄漏管道内的压力响应情况,并且能够较为精确地计算泄漏稳定后管道内的平均压力。     

液化四氟乙烷小孔泄漏试验研究

采用高速摄影技术,考察了液化四氟乙烷发生小孔泄漏时,其水平泄漏和垂直泄漏的初始云团演化行为、泄漏的质量流率、喷射速度和喷射角,并与理论计算公式进行了对比。结果表明:水平喷射两相云团尾部出现涡流,涡流大幅加快了云团向空气中扩散的速率;垂直喷射的两相云团在地面形成液池,液池大幅增加了液化气体向空气中蒸发的速率。水平泄漏试验的喷射角与容器内超压变化规律相似,泄放初期喷射角逐渐增大,经历一段平坦期,到泄放末期喷射角减小。水平泄漏和垂直泄漏的初始喷射速度分别为25 m/s和20 m/s,与理论值26.6 m/s基本吻合。水平泄漏的质量流率的试验值和理论值分别为0.0598 kg/s和0.0684 kg/s,垂直泄漏的分别为0.0472 kg/s和0.059 6 kg/s,结果对比基本吻合,推荐的泄漏质量流率和小孔喷射速度公式可以用于液化四氟乙烷小孔泄漏。     

基于无线传感器网络的气体泄漏源快速定位方法研究

为及时发现大气环境中危险化学品泄漏事故,快速准确判断泄漏源位置,实现有效的监测监控,开发出集气体质量浓度信息采集、时间校准、无线收发等功能于一体的集成探测模块。在此基础上,建立基于无线传感器网络(WSN)的气体泄漏实时监测平台,提出实时监测数据和高斯扩散模型相结合的气体泄漏源快速定位方法。通过开展实际场地泄漏试验,实现气体泄漏源的快速定位,并分析试验系统的敏感度。结果表明:气体泄漏扩散受风力影响很大;合理布局探测器,能有效提高泄漏源定位精度,为危险气体泄漏事故的应急决策提供决策参考。     

高压储气罐泄漏参数的计算

基于压缩气体的容器动力学特性,提出高压储气罐小孔泄漏参数的计算方法.以氢气储罐和一氧化碳储罐为例,分别计算储罐壁面小孔泄漏和储罐连接短管泄漏情况下的泄漏质量流率以及储气罐内温度、压力等参数随时间的变化趋势.计算结果表明,泄漏口孔径和泄漏初始压力对泄漏质量流率的影响显著,泄漏口上游管长对泄漏质量流率的影响不明显.     

管廊内泄漏口朝向对天然气管道泄漏扩散影响的模拟分析*

为掌握综合管廊内天然气输气管道泄漏口朝向对气体扩散的影响,使用FLUENT软件对4种不同朝向的泄漏口泄漏过程进行3维数值模拟,对比分析不同工况下气体浓度分布。结果表明:泄漏形成的射流产生强烈气体掺混,降低泄漏口附近气体浓度梯度;随着距泄露孔距离的增加,气体受惯性力作用减弱,并在浮力作用下抬升。管廊纵截面气体浓度场可分为泄漏口附近的均匀区和距离泄漏口较远的分层区。在均匀区内,探测器高度上气体质量分数纵向分布呈阶梯状;距泄漏口较远距离(大于20 m),泄漏口朝向对探测器高度上气体浓度纵向分布影响较小。基于稳态气体分布控制方程,提出气体在分层区内纵向分布关系式。当泄漏口刚好位于2探测器中央（最不利工况）时,泄漏孔朝向为X+（管道距离壁面较远侧）的泄漏气体在喷出后与空气接触时间长,产生涡量更大,使气体在管廊纵向上蔓延速度降低,探测器响应时间相对较长。     

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。     

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。     

超临界二氧化碳泄漏减压模型构建及泄漏量分析

为了解决超临界二氧化碳管道泄漏风险评估问题,基于工业规模超临界二氧化碳小孔泄漏试验结果,提出分别构建超临界泄漏阶段、气液两相泄漏阶段、气相泄漏阶段的理论模型,并通过确定各阶段的传递参数,实现二氧化碳减压过程的理论建模。采用MATLAB软件编制了模型求解程序。通过试验数据验证了理论模型的可靠性。基于理论模型计算结果定量探讨了初始压力、初始温度和泄漏口径对泄漏减压过程压力及质量流量的影响。结果表明：初始压力在8～9.5 MPa变化时,对减压过程压力及泄漏质量流量影响较小;初始温度在33～39℃变化时,压力降至临界值的时间逐渐增加;泄漏口径减小,压降时间显著变长;在泄漏减压初期,泄漏质量流量均出现波动,随后随压力降低而逐渐降低。构建的理论模型能够实现超临界二氧化碳泄漏质量流量预测。     

化工罐区重质气体多源泄漏扩散实验研究

在模拟实验平台开展了罐区重质气体多源泄漏扩散的实验研究,考察多泄漏源同时泄漏时,泄漏源在罐区的位置、泄漏源间距对罐区重质气体漏扩散过程的影响。结果表明:泄漏源越靠近罐区边缘,重质气体扩散范围越大;泄漏源越靠近罐区中心区域,周围罐的阻碍作用较大,中心区域的重质气体浓度越高;泄漏源间的间距越小,泄漏源中间区域的重气浓度越大,泄漏源间的间距增大,气体扩散范围也增大,事故影响范围越大;泄漏压力、体积速率总和相同时,在一定的距离范围内,多源同时泄漏时空间各点的重质气体浓度与各泄漏源单独泄漏时空间各点重质气体浓度总和基本一致。     

基于FERC模型的油品流淌火灾定量风险评估方法研究

为了评价油品储运过程中的流淌火灾风险,提出1种基于FERC模型的油品流淌火灾定量风险评估方法。以某汽油管道为例,分析大孔泄漏、中孔泄漏、小孔泄漏３种模式下流淌火各参数的动态变化过程,计算管道周边不同位置处的个人风险值。研究结果表明:流淌火燃烧面积的最大值随泄漏速率的增加而增大,对于给定的算例条件,大孔泄漏情景下的最大燃烧半径较小孔泄漏增大了18.4倍;相较小孔泄漏,大孔泄漏下安全距离增大了6.7倍;在距离泄漏点100 m的位置,小孔泄漏、中孔泄漏和大孔泄漏条件下的辐射热流密度值分别为0.13,1.34,8.02 kW/m2;距离泄漏点34 m处时,大孔泄漏已经占总个人风险的99%;在开展风险评价时,应着重分析大孔泄漏的情景。     

基于MCKD和EMD分解的压力管道泄漏源定位研究

针对输气压力管道泄漏声发射信号由于含有大量噪声而特征难以提取的问题,文章提出一种基于MCKD(最大相关鞘度解卷积)和EMD分解相结合的管道泄漏声发射信号提取方法。首先根据MCKD对泄漏信号进行降噪,突出信号中的有效成分,然后进行EMD分解得到含有泄漏特征的敏感IMF分量,并进行EMD重构并提取泄漏源声发射信号的本质特征,提高管道定位精度。实验表明,该方法能够很好地滤除信号中的噪声并且准确地提取含噪声信号中的时频特征,是对压力管道泄漏声发射信号降噪的一种新方法。     

氨气泄漏源定位方法研究与监测系统研制

为减少工业氨气泄漏造成的环境污染、人员伤害及财产损失,建立适用于工业氨气泄漏的气体扩散高斯模型,提出氨气泄漏源的定位方法,并研制出一套基于Zig Bee无线传感网的氨气泄漏无线监测系统,其主要包括检测节点、网络协调器以及上位机。试验模拟不同浓度下的氨气泄漏定位,实测的相对定位误差约为12%。试验结果表明:通过简化后的气体扩散高斯模型检测空气中的氨气浓度,并对泄漏源定位,结果与实际情况相符,测量精度符合国家标准;增加氨气传感器的数量可降低定位误差,提高救援抢险效率。     

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.     

基于小波包熵与AFSA-SVM的压力管道泄漏识别

为了快速、准确地诊断出输气压力管道不同的泄漏状态,提出了一种基于小波包熵与人工鱼群优化支持向量机(AFSA-SVM)相结合的压力管道泄漏模式识别方法。该方法首先对管道泄漏时产生的声发射信号进行小波包分解,并对分解的最后一层节点重构信号进行相关性分析,以获得敏感的节点信号。然后求取这些敏感节点信号的小波包熵值,作为管道不同泄漏信号的特征向量。最后将小波包熵值输入到SVM中,并运用AFSA方法对SVM分类器中惩罚因子C与核函数参数g进行全局优化,以提高其分类准确率。实验结果表明,该方法能准确地识别压力管道不同的泄漏状态,为天然气管道泄漏状态监测提供新方法。     

室内有害气体连续泄漏扩散质量浓度模型的研究与分析

以C02为对象,对室内空间气体连续泄漏扩散过程进行试验研究,并对室内CO2气体泄漏扩散的均一质量浓度模型、两厢质量浓度模型和室内半球质量浓度模型进行研究.将理论模型计算值与不同位置测量点的试验数据进行比较分析.3种质量农度模型均表示区域质量浓度的变化,理论模型计算值与试验数据均有些偏差;远离泄漏源处,偏差较小.室内空间不同位置3个模型预测值相对大小会发生变化.对于泄漏源附近及低于泄漏源处,3种质量浓度模型预测结果误差较大;对于高于泄漏源的位置,模型预测结果较好,然而质量浓度均出现振荡不稳定的现象.由于重力沉降作用,下部空间气体质量浓度较大,上部空间气体质量浓度较小.泄漏刚开始阶段,远离泄漏源处,试验测试值与理论模型值相比有一个廷滞期,理论预测值偏差较大.     

过热液体储罐泄漏闪蒸射流行为特性试验研究

为了研究高温高压过热液体在意外情况下发生的两相泄漏问题,基于两相泄漏试验平台,采用高速摄影仪和粒子动态分析仪(PDA),分析不同储存条件(储存压力、过热度)和泄漏条件(泄漏口尺寸)下,过热液体储罐泄漏过程中闪蒸射流行为特性。结果表明:闪蒸射流喷射角在泄漏过程中先逐渐增大,然后保持稳定,当罐内过热液体即将完全泄漏时,喷射角将发生突扩,随后迅速减小直至泄漏结束;泄漏过程中,闪蒸射流液滴三维速度随储存压力、过热度及泄漏口尺寸的增大而增大;过热度和泄漏口尺寸越大,液滴粒径越小,液滴粒径随着储存压力增大而增大。     

压力容器气体非稳态泄漏模型研究

为计算气体在非稳态泄漏过程中的泄漏率,提高危害后果评估的量化水平,对压力容器失效后气体泄漏过程进行了研究。基于现有的初始泄漏率模型,结合实际泄漏过程中压力容器内各项状态参数的动态变化规律,构建气体非稳态泄漏模型,并通过计算实例进行分析和验证。结果表明,该模型可计算压力容器气体非稳态泄漏过程中(包括音速泄漏阶段和亚音速泄漏阶段)任意时刻容器内的各项状态参数值和孔口处气体的平均泄漏率;同时,对于储存压力较高(大于3.0 MPa)的容器,提出近似计算总平均泄漏率的2种简化方法。     

球罐内甲烷气体泄漏形成的可燃气云规律研究

基于计算流动动力学(CFD)方法,以Fluent软件为平台,以大连新港某球罐区为研究对象,建立真实尺寸的球罐内可燃气体泄漏扩散数值模拟模型,分析甲烷扩散规律及可燃气云尺度.提出采用可燃气云稳定状态时的水平方向长度Lmax、竖直方向高度Dmax作为尺度的衡量参数,用以评估可燃气云区域的大小.探讨初始压力、泄漏孔径、正风向风速对尺度参数Lmax和Dmax的影响规律,并对比可燃气体种类对尺度参数的影响.结果表明:甲烷以临界状态通过泄漏孔时,初始压力对Lmax和Dmax的影响可以忽略;Lmax和Dmax随泄漏孔径增加而线性增大,但随正风向风速增加而线性减小;相同泄漏扩散条件下,氢气泄漏引起的可燃气云范围最大,甲烷次之,丙烷最小.     

含硫输气管道泄漏扩散多气团叠加计算模型

为研究含硫气输送管道全管径断裂后的失效影响,提出管道泄漏后硫化氢扩散浓度的计算方法。将管道泄漏过程等效为多个瞬时泄漏气团等时间间隔的连续释放,考虑管道压力变化、风速对泄漏气团的质量、喷射高度的影响,基于高斯烟团模型,对泄漏气团扩散过程中变化的气体浓度进行叠加计算,建立任意时刻沿下风向硫化氢体积分数分布的计算方法。根据输气管道泄漏扩散规律,确定大气扩散参数、各气团质量和喷射高度等基本参数,并以含硫体积分数为10%的输气管进行实例计算。结果表明:地面空气中的硫化氢体积分数在管道泄漏后沿下风向先增大后减小,影响范围不断向下风向延伸;且管径、压力越大,硫化氢在地面的影响范围越广。     

天然气管道泄漏孔形状对喷射火影响模拟研究

为研究天然气管道泄漏孔形状对喷射火特性的影响,基于流体力学基本原理与Thornton火焰模型,采用火灾动态模拟软件(FDS),对比研究面积为0.058 m~2的正方形泄漏孔与长方形泄漏孔的喷射火基本特性以及这2种泄漏孔喷射火的危害范围。研究得出:喷射火特性和危害范围明显受泄漏孔形状影响,泄漏孔形状不同,喷射火尺寸、温度场及辐射场有明显差异;正方形泄漏孔喷射火焰在水平面上呈椭球形分布,高温和热辐射影响区域在垂直于管道方向更宽,喷射速度方向的危害范围较大;长方形泄漏孔喷射火焰在水平面上接近球形分布,高温和热辐射影响区域在泄漏孔长边所在方向更远,且危害范围更宽。