海底埋地热油管道泄漏扩散的数值模拟

采用有限容积法建立海底饱和含水淤泥多孔介质的流固耦合传热模型。利用FLUENT软件数值模拟了海底埋地输油管道输送过程中海泥温度场变化及原油在海泥中的分布规律。分析了原油泄漏后在海水中的分布规律。对泄漏后海泥温度场的模拟表明:管道泄漏后,一定时间内管道周围海泥温度波动比较剧烈,由于受海底温度的影响,泄漏前锋原油温降较快,热影响区范围变化逐渐趋于平稳。且随泄漏位置的不同,海泥温度场变化及海泥原油分布差异较大。当原油从海底海泥介质中到达海水底层后,在海水浮力的作用下流向海面,流动过程受到海水流动速度海平面风速等因素的影响。为以温度传输为基础的海底埋地管道泄漏检测提供了一定的理论基础。     

埋地原油管道油品泄漏扩散三维数值模拟

为了评估埋地原油管道泄漏的危害范围,以原油管道泄漏事故为研究对象,采用计算流体力学等理论知识,建立了埋地输油管道三维泄漏扩散过程的物理模型和数学模型,确定了泄漏前稳态的初始条件和泄漏后非稳态的边界条件;利用FLUENT软件进行了数值模拟,计算出了不同时刻油品在土壤中的扩散范围。计算结果表明,管道泄漏后原油扩散范围与泄漏时间保持一定变化规律,在无法检测扩散深度的情况下可根据扩散宽度进行粗略估算,大体确定事故泄漏扩散范围,可以为事故处置提供参考,提高事故的应急控制能力。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

金属埋地管道腐蚀泄漏及大气扩散过程推理模型研究

为了定量评估埋地金属管道腐蚀泄漏的风险,将贝叶斯网络和蒙特卡罗模拟方法用于计算管道腐蚀泄漏及扩散范围概率。建立了埋地金属管道腐蚀泄漏贝叶斯网络,量化了各事件之间的关联。在已知先验概率的基础上,运用贝叶斯概率计算得到管道腐蚀泄漏的后验概率值。利用蒙特卡罗模拟方法对泄漏后气体扩散范围进行了数值模拟,给出了主要模型变量的概率密度函数,得到了扩散区域范围概率分布特征。研究结果表明,管道腐蚀泄漏过程受输送介质和土壤腐蚀性、防腐措施有效性和大气扩散条件的影响,具有较大的不确定性。分析方法考虑了模型参数随机性对计算结果的影响,评估结果可以用于比较不同条件下埋地金属管道腐蚀泄漏扩散的风险。     

不同离散格式下埋地穿越段天然气管道泄漏扩散数值研究

为了掌握埋地穿越段天然气管道泄漏扩散特性、防止因管道泄漏引起的火灾爆炸等事故发生,研究了埋地穿越段天然气管道泄漏扩散的机理。针对埋地穿越段天然气管道泄漏扩散问题,运用多孔介质模型,结合三大守恒方程,构建了基于计算流体力学的数值模型,探讨了大小孔隙率特性下,对非线性对流项和压力梯度项分别采用4种不同离散格式组合方式时的天然气体积分数分布,并与试验进行对比分析。以泰州至戴南的埋地穿越段天然气管道泄漏进行实例研究。结果表明:大孔隙率特性下,一阶standard格式在精度和计算速度上要优于其他离散格式,与试验结果更加接近;小孔隙率特性下,二阶presto!格式相比其他几种压力离散方式具有更高的求解精度。     

水毁灾害中埋地管道稳定性研究

水毁灾害是长输油气埋地管道灾害中造成经济损失最严重、对环境危害最深远的自然灾害之一。为了分析埋地管道在水毁灾害中的稳定性,探讨了埋地管道在水毁灾害中的载荷分布情况;采用特征值屈曲理论,分析了埋地管道在水毁灾害中悬跨和漂浮2种主要形式下,不同管道外径和管道壁厚对埋地管道在水毁灾害中稳定性的影响,计算得到特定条件下埋地管道水毁的极限长度;建立了埋地管道在水毁灾害中的有限元模型。结果表明:管道在水毁灾害悬跨和漂浮情况下极限长度和屈曲位置不同,随着管道壁厚的增加,埋地管道在水毁灾害中的稳定性近似呈缓慢的线性增长;增大管道外径能够有效降低埋地管道在水毁灾害中的位移,并显著提高管道在水毁灾害中的抗屈曲能力。     

红外热成像仪在埋地蒸汽管道泄漏失效分析中的应用

某埋地蒸汽管道地面上有局部蒸汽泄漏现象,具体泄漏点和泄漏原因不明。本文采用红外热成像仪对该埋地蒸汽管道进行检测,在不开挖、不停气的情况下,检测出了泄漏发生的部位,通过对热成像图像分析及现场实地观察,分析泄漏产生的原因并提出后续防护对策。通过该案例,表明红外热成像仪在埋地蒸汽管道泄漏失效分析中取得了成功的应用。     

大气土壤耦合的埋地燃气管道泄漏扩散数值分析

为了研究埋地燃气管道泄漏燃气在非稳态泄漏条件下的扩散行为，基于燃气管道非稳态泄漏大孔模型，应用CFD分别求解土壤和大气扩散方程，通过丙烷地面扩散通量耦合了土壤和大气环境，进行了泄漏扩散的数值模拟，所得模拟计算结果与地上泄漏扩散数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明:耦合模拟条件下，风速仍是影响丙烷扩散距离和高度的主要因素；温度和相对湿度对丙烷扩散有相对较小的影响；与埋地泄漏相比，不同条件下地上泄漏的扩散距离和扩散高度均有误差，水平扩散距离误差普遍较大，扩散高度个别情况下误差较大；地上泄漏条件下的模拟结果数值偏大，对事故的预测和评估准确性会产生显著影响。     

深埋管道中泄漏孔对燃气泄漏影响的数值模拟*

为研究泄漏孔的各种因素对深埋土体中燃气管道泄漏的具体影响，采用1个包含燃气管道的三维模型，研究单个泄漏孔的大小、位置、形状对于埋地燃气管道泄漏的影响，并建立大小相等的双泄漏孔的燃气管道，确定双泄漏孔间距对于燃气泄漏扩散的影响。结果表明:泄漏孔越大，燃气在土壤中的扩散速度越快，且泄漏孔的大小对深埋燃气管道泄漏的影响最大；泄漏孔位置的影响次之，顶部与侧壁的泄漏孔扩散速度相差无几，底部泄漏孔的扩散速度远低于前2者；双泄漏孔间距的影响较小，双泄漏孔的距离越小，甲烷的扩散速度越快；泄漏孔形状对于深埋燃气管道泄漏扩散的影响非常小。     

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。     

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。     

改进的一次二阶矩计算埋地管道失效概率方法及其应用

为探究不同影响因素对埋地管道运行安全的影响,基于改进的一次二阶矩计算方法,综合考虑埋地管道环向受力和纵向受力的特性,依据应力-强度理论和钢制管道结构设计规范建立了埋地管道失效结构功能函数;通过对ABAQUS软件中的UVARM模块进行二次开发,建立了腐蚀、温度和不均匀沉降耦合作用下的三维管道-地层整体模型,模拟不同管道参数下的管道状况.运用该方法对工程实例进行了计算,分析可靠指标和失效概率的分布情况.结果表明:埋地管道工作内压与管道失效概率呈正相关关系,管道壁厚和管径与失效概率呈负相关关系;在影响参数变化相同的条件下,管道中部失效概率变化最快,两端的失效概率变化较慢.该模型计算结果体现了管道不同部位失效概率的特点,在管道设计、维护和风险评估方面有一定的借鉴意义.     

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。