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。     

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。     

天然气管道蒸气云爆炸事故影响因素动态分析

针对天然气长输管道蒸气云爆炸事故的主要影响因素,包括管道裂口面积、运行压力、管径和风速4个因素的不同取值,采用管道动态泄漏模型结合蒸气云爆炸TNT当量法进行计算分析,找出了这些因素对蒸气云爆炸伤害区域的影响规律,即随着裂口面积的不断增大,轻伤半径呈现近似线性增长趋势,而重伤半径和死亡半径则呈现先增大后降低的变化趋势;随着管道运行压力和管径的不断增大,各伤害区域呈现近似线性增长趋势;随着风速的增大,轻伤半径近似保持不变,而重伤和死亡半径则呈现总体下降趋势。     

地面输油管道泄漏流散数值模拟

针对库区地面输油管道发生泄漏后油品流散行为的不确定性,建立了地面油品泄漏流散的三维CFD仿真模型,模拟了不同管道运行压力和不同泄漏孔径下油品在地面上的流散过程,得到了油品扩展速度关于泄漏流量的关系式和流散面积关于管道压力、泄漏孔径、流散时间的偏微分方程组。结果表明:流散面积随管道压力增大呈线性函数增大;流散面积随泄漏孔径呈三次函数变化,先减小后增大;在泄漏的开始阶段,流散面积随泄漏时间的变化随管道压力呈线性增长,在扩展达到稳定时,扩展速度随泄漏流量呈指数函数增大。     

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。     

输气管道泄漏压力波的频谱特性模拟

为了研究输气管道泄漏压力波的频谱特性,基于大涡模拟对管道泄漏进行了非稳态分析。模拟了不同管道压力、不同泄漏孔径以及不同管道气体流速下的泄漏压力波频谱分布,探讨了不同条件对压力波频谱特性的影响。所得结论对各类管道泄漏压力波的频谱分析具有一定的借鉴作用。     

中压天然气管道泄漏扩散模拟研究

建立了埋地中压天然气管道发生泄漏时时的数学模型,将土壤视为各向同性的多孔介质,采用FLUENT对天然气在土壤中的扩散规律及浓度分布进行模拟,分析不同时刻地表的危险区域范围,并对比了不同管道压力、泄漏孔径大小、泄漏位置等工况下危险半径随时间的变化。结果表明:管道压力越大,泄漏的体积流量越大,同一时间危险范围越大;相同的泄漏压力下,泄漏孔径对危险半径没有很大影响;不同泄漏孔位置,泄漏初期向上开口时危险半径最大,一段时间后向下开口危险半径最大。     

压缩空气泡沫在长距离管路输送中压降的数值模拟

基于Fluent对压缩空气泡沫在长距离管道中的流动特性进行了数值模拟研究,将压缩空气泡沫近似为弥散流,采用Saplart-Allmaras模型模拟了不同管径下压缩空气泡沫以及不同泡沫原液浓度的AFFF泡沫在长距离管道内的流动及压降变化。模拟结果表明,随着距离变化,各管径管道内压降均呈现线性变化,且随着压缩空气泡沫的流动,压降线性增大。管道管径对管内压降变化具有显著影响,管道直径越小,管道内压降越大;泡沫原液浓度对压降的影响较小,且压缩空气泡沫在长距离输送中的压力随距离线性衰减。将模拟结果与长距离输送的试验结果进行了对比,误差在10%以内。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。     

埋地成品油管道泄漏强度模型与试验验证

针对泄漏事故频发的埋地成品油管道,搭建埋地成品油管道泄漏试验平台,以柴油为输送介质开展试验。通过试验获得,管道泄漏量及泄漏强度随输油压力和泄漏孔面积增大而逐步增加,在输油压力较小时,泄漏孔位置对管道泄漏量及泄漏强度有影响,但随着输油压力的逐步增加,泄漏孔位置对泄漏量及泄漏强度的影响逐渐减小。同时根据伯努利方程推导得出埋地成品油管道泄漏强度模型,将试验参数代入模型,对比模型计算值与试验数据,结果表明,计算结果与试验数据吻合良好,验证了模型的正确性,可用于指导埋地成品油管道泄漏事故的定量风险评价及处理。     

基于后果的氢气管道泄漏典型事故风险分析

根据高斯羽流、固体火焰模型及TNT当量法,得到针对氢气的扩散、热辐射与超压的后果模型。以我国某氢气管道为例,计算求解后果模型,分析了不同泄漏孔径、不同泄漏喷射角度的氢气管道泄漏典型事故后果,并揭示氢气泄漏扩散、喷射火与爆炸演化原因。量化了氢气管道泄漏的潜在影响半径,发现氢气管道风险大于天然气管道,为氢气管道早期设计与安全运行提供了理论支撑。     

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。     

采空塌陷区埋地输气管道的变形及受力分析

针对采空塌陷对输气管道的潜在威胁,采用管道－土壤相互作用（PSI）单元,结合三向土弹簧非线性模型,建立采空塌陷区埋地输气管道的有限元计算模型,分析了不同管径、壁厚和内压影响下管道的变形和受力规律,并确定最大变形和最大受力的位置。结果表明:适当增加壁厚和减少内压能有效提高管道的安全性;最大Von-Mises应力和最大竖向应变位置均在内边缘塌陷区且靠近中间塌陷区;最大轴向应力和最大轴向应变位置均位于中间塌陷区两侧。所得结果对埋地输气管道穿越采空区的安全防护具有一定参考价值。     

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。     

压力管道泄漏声发射源定位的实验研究

结合实验室声发射仪和油气管道设备,建立了充气管道泄漏声发射检测系统模型,分别在传感器间距、管道压力和泄漏量三种变化状态下进行了泄漏源定位影响实验。对管道泄漏声发射信号的时域统计特征、频域分布特征以及泄漏信号的相关性作了分析;从声信号能量累计和衰减特性方面对互相关定位法和幅度衰减测量区域定位法的可行性进行了计算,表明在传感器间距较小和泄漏量较小的状态下,在背景噪声较小的环境中,用互相关法具有较好的定位精度;而幅度衰减测量区域定位方法对泄漏源的定位误差较大。     

埋地燃气管道泄漏扩散过程数值模拟

为减少天然气输送过程因泄漏引发的安全问题,构建埋地燃气管道泄漏扩散过程的三维计算流体动力学(CFD)模型,研究管道入口压力、泄漏孔尺寸、泄漏孔形状和土壤孔隙率等各参数对泄漏量与扩散范围的影响,拟合埋地管道燃气泄漏量与各参数的经验关联式,并通过公开文献中的试验数据进行验证。结果表明:泄漏量与扩散距离都随着管道入口压力、土壤孔隙率和泄漏孔尺寸的增大而增大,管道直径和泄漏孔形状对泄漏量的影响较小;在设定管道入口压力为2.1和156 k Pa的条件下,拟合的经验关联式计算值与试验值的误差分别为7.18%和19.79%,证明关联式具有其有效性,可为计算埋地管道燃气泄漏量提供理论指导。     

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。     

高压天然气管道孔口泄漏扩散浓度与范围仿真探讨

天然气管道的泄漏容易引起火灾、爆炸、中毒、环境污染等恶性事故。建立输气管道泄漏扩散的合理模型是正确评估输气管道事故损失后果的关键技术之一。文中重点研究天然气泄漏与扩散过程机理，并对其中的高斯烟羽、烟团模型进行了修正。以某长输送管段的参数为例计算天然气压力管道的泄漏速度、流量、扩散浓度并且估算确定天然气的泄漏覆盖区域，探讨其扩散的影响范围。     

管道泄漏次声波信号特征及衰减规律的数值模拟研究

为了更加精确地对输送管道泄漏进行检测,采用COMSOL软件对管道次声波检测泄漏信号的频谱、声压级及衰减规律进行数值计算研究。结果表明:管道泄漏信号的声压级峰值频率出现2个范围,即0.01~2Hz和10~12Hz;随着管道压力和泄漏孔径增大,泄漏点所产生的次声波信号幅度呈增大趋势,泄漏产生的声压级与平面波总功耗也同样增加。研究成果可为城市埋地输送管道泄漏的次声波检测定位方法提供理论依据。     

密闭容器甲烷-空气混合物爆炸的尺寸效应

为探究密闭容器甲烷爆炸的尺寸效应及其变化特征,以及预防和控制密闭容器甲烷爆炸事故,通过改变圆柱形容器体积和管道的长度和直径,研究密闭容器甲烷-空气混合物爆炸压力变化特性;采用多元线性回归模型,分析最大爆炸压力及最大压力上升速率与管径和管长的关系。结果表明:在圆柱形容器中,最大爆炸压力上升速率随容器体积的增大而减小;随着管道内径的增加,管道末端的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率均下降;管道长度增加,管道末端最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率均增加。试验得到最大爆炸压力及最大压力上升速率的无量纲预测模型。