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。     

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。     

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。     

非金属管道微小泄漏动力学数值模拟和试验对比

为了探索非金属输送管道泄漏规律,从数值模拟和试验两个角度,对液体PE管道发生泄漏前后管道内流体与泄漏口的流动状态进行了对比分析,为判定管道泄漏提供了依据。运用FLUENT软件针对PE液体管道泄漏,在不同孔径、不同压力下,构建管道泄漏模型分别进行仿真,分析不同泄漏情景下压力梯度的分布规律。同时在近似相同条件下进行PE管道两点泄漏模拟试验。结果显示:数值模拟与试验结果基本一致,泄漏孔处压力、流速均与管内初始压力成正相关;初始压力和孔径的增大,会导致管内压力下降速度上升,但最终会趋于稳定值。     

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。     

山脚地形下天然气管道泄漏扩散的特性分析北大核心CSCD

为了研究山地天然气管道泄漏扩散的影响情况,掌握山地管道泄漏扩散的规律,以西南山地天然气管道沿线高后果区为工程背景,建立山脚地形下管道泄漏扩散模型,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent研究不同泄漏孔径、不同风速对山脚地形下泄漏扩散的影响情况。结果表明:随泄漏孔径增大天然气射流核变粗、变长,射流初始截面和初始速度变大,射流的高度和幅度也变大,泄漏的影响区域变大;随泄漏孔径增加山脚地形下射流中心线的偏转程度变大,山脚处聚集的甲烷质量分数越来越高;在有风条件下,风速作用使甲烷在山脚处产生了聚集,且聚集的甲烷质量分数超过使人窒息的甲烷质量分数10%,随风速增大山脚处甲烷聚集的质量分数先增加后减小,且沿山坡向上扩散的甲烷质量分数先增加后减小。     

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。     

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。     

超临界CO2埋地管道泄漏土壤形貌及温度研究

为探究CO2埋地管道泄漏对土壤区热力特性的影响,依托DN250、长260 m的工业级试验管道,搭建了 DN100规格埋地管道泄漏试验装置,通过设置4个不同孔径和开孔方向的泄漏孔,对超临界CO2埋地管道泄漏时的土壤形貌及土壤区温度变化情况进行了分析.结果表明:土壤区会形成冻土球,由外向内分为冻土层和干冰球两部分;干冰球内部存在冲击空腔,其外表面布满凹坑;3 mm孔径泄漏生成干冰球体积是1 mm孔径泄漏的5.5倍;水平和顶部泄漏试验生成干冰球体积接近,约为底部泄漏的1.9倍;总结了干冰球增长过程,干冰球高度与时间满足正弦函数和指数函数关系;3 mm泄漏土壤区温降起始时刻比1 mm泄漏早,前者温降速度是后者的50倍.     

输油管道弯头穿孔泄漏数值模拟

我国在役输油管道经过多年冲刷及腐蚀后,存在安全隐患,使得对输油管道泄漏事故的研究具有重要的现实意义。基于计算流体力学方法,采用有限容积法,建立管道泄漏控制方程,研究不同输送速度及泄漏孔径对泄漏后管内压强分布及泄漏量的影响。结果表明:泄漏孔径一定,输送速度分别与管内压强和泄漏量成正、负相关,泄漏口下游存在局部高压区;输送速度一定,泄漏孔径分别与管内压强和泄漏量成负、正相关,局部高压区的强度降低、范围减小。实际工作中可以采用一定方法增大管内输送速度或增大泄漏口径,从而减少实际的原油泄漏量。     

基于Fluent的埋地原油管道泄漏事故后果分析

埋地输油管道一旦发生泄漏,一方面会造成土壤污染,另一方面当原油泄漏量过多时会上渗到地面形成油池,进而引发池火灾,对人员、环境、设备均会造成危害。为了研究埋地输油管道泄漏事故的后果,为事故救援及处理提供参考,提出了一种针对此类事故的土壤污染、池火灾后果定量分析方法。方法以Fluent软件为工具模拟原油被点燃前的泄漏扩散情况,分析原油在土壤及地面上的扩散规律及范围,并结合危害模型得到池火灾造成的热辐射危害范围。利用该方法对不同管道压力和泄漏孔径的6种工况下的事故进行了分析,结果表明,原油管道泄漏时的压力及泄漏孔径对原油扩散速度影响较大,进而影响避免事故的难易程度。     

水平管分层流下微孔泄漏特性数值模拟和实验分析

在油气田开发过程中，通常采用气液相混输模式，管道受腐蚀等因素影响容易出现穿孔而发生两相流泄漏。为分析两相流泄漏特性，对管内常见流型分层流下的微孔泄漏特性进行数值和实验分析；采用VOF耦合Level set算法分析了不同影响因素下的气液两相泄漏特性，设计了1种管道泄漏收集装置，进行室内两相流泄漏实验，并验证了数值预测模型的准确性。研究结果表明:气液两相流经过管壁泄漏口时会发生相分离，泄漏特性受小孔方位、管路内外压差、气液相流速影响较大；泄漏口位于管路侧壁时的泄漏特性与其他角度下的泄漏特性有所不同，可用泄漏影响区内的气液分布进行解释；当泄漏口位于管路底部时，存在临界液相分流系数，当液相分流比小于此临界值时，泄漏流体为单相液体。VOF耦合Level set算法的数值方法可为管路泄漏量预测和相分离特性分析提供参考。     

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。     

深水测试地面流程节流油嘴段温压场研究*

为对深水高压气井测试地面流程中的节流油嘴段的温压场及水合物生成情况进行研究,采用数值模拟的方式对整个节流管路进行气体流动特性分析。并利用P-T图回归公式法,得出不同温压场条件下的水合物生成情况,进行水合物生成范围对比。结果表明:针阀出口后端气体速度随着管路入口压力和针阀直径的增大而增大,随管路出口压力的增大而减小,而气体温度随管路入口压力、管路出口压力、针阀直径的变化趋势与之相反。管路入口压力的递增、管路出口压力的递减以及针阀直径的递增,都会导致针阀突变径处的速度场、温压场波动更加剧烈,并使得水合物生成范围扩大。     

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。     

近海埋地管道泄漏气体扩散安全评估研究

为评估近海埋地管道泄漏气体扩散风险，基于流体体积与多孔介质方法，建立水下埋地管道泄漏气体扩散预测模型，模拟气体在海底土壤及海水中的运移扩散过程。研究结果表明:泄漏气体在海底土壤中扩散时间较短，扩散直径变化经历快速增长期、缓慢增长期和平稳期3个阶段，海水中羽流直径与羽流高度均随时间增加，且相比羽流高度，羽流直径的增长速度呈现先大后小的态势；增加泄漏孔径与泄漏压力，气体在海底土壤中扩散直径增大，海水中气泡体积明显增加，上浮时间减少，水平偏移量和海面处羽流直径减小。该模型可实现对近海埋地管道气体泄漏的准确预测，得出扩散轨迹等关键羽流数据，为后续的安全评估提供数据支撑和理论支持。     

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。