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。     

基于光纤监测技术的燃气管道泄漏研究

为提高燃气管道监测的时效性和准确性,利用光纤光栅技术研究燃气管道泄漏过程的振动特性。根据实际工况搭建输气管道试验平台,通过光纤布拉格光栅(FBG)传感系统采集管道壁面振动信息,使用傅立叶变换和滤波等处理手段分析振动信号频谱。结果表明:输气管道泄漏瞬间会产生明显的振动波,泄漏后泄孔附近管道壁面振动的加速度增大,且增幅与泄孔大小呈正相关关系,与沿管道方向传播距离呈负相关关系;泄漏产生了频率约为350 Hz的振动波;应用光纤光栅传感技术定位泄漏点,精度达±2. 5 m。     

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。     

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。     

高含硫天然气站场泄漏扩散数值模拟分析

为研究不同泄漏场景下的硫化氢泄漏扩散特性,采用计算流体力学软件FLACS对站内设备进行了三维建模,并对站内分离器及管道开展了泄漏扩散模拟,通过分析模拟结果得到了不同泄漏速率及时间下硫化氢扩散规律。研究结果对于预测高含硫天然气站场泄漏事故影响范围及开展后续应急工作具有一定的实际意义。     

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。     

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。     

基于查表插值算法的高压CO2管道泄漏瞬态特性数值模拟

为准确高效地模拟高压CO₂管道泄漏的瞬态特性，基于Fluent仿真平台，利用用户自定义真实气体模型(User Defined Real Gas Model, UDRGM)和用户自定义函数(User Defined Function, UDF),结合查表法和双线性插值法建立CO₂的真实气体模型，并将压力驱动的Lee模型通过用户自定义函数嵌入Fluent求解器来模拟CO₂的非平衡相变过程，建立了高压CO₂管道泄漏的非平衡相变数值模型。通过与Botros等的试验数据进行对比分析，验证了该模型的准确性。在此基础上，对比了上述模拟方法与编译S-W(Span-Wagner)状态方程模拟方法的精度和效率，最后使用本模型研究了不同初始压力对高压CO₂管道泄漏瞬态特性的影响。结果表明：两种模拟方法精度接近，最大相差为7.37%,但提出的模拟方法效率明显优于编译S-W状态方程的模拟方法，计算时间相较缩短约86.9%;初始压力为11.27 MPa的最大总出口质量流量比4.36 MPa的大7.24 k...     

城区天然气管道泄漏数值模拟与爆炸危害分析

在人口密度为三级和四级的城区内,密集的高建筑物对天然气管道泄漏后的扩散和流场形成产生重要影响。本文以某城市的实际情况为例,建立多建筑物的空间几何模型,采用k-ε湍流方程,SIMPLE算法,模拟了在三种不同风流速度、三种不同压力条件下,城区天然气管道泄漏气体在多建筑物地形中的扩散情况。根据模拟结果,依据天然气的爆炸极限,对模拟结果及其火灾爆炸危害的范围进行了对比分析。结果表明,CH4气体的泄漏扩散同时受管道压力、风流速度和周围建筑物的影响;同时受当地风速的影响,泄漏气柱在风流作用下会发生偏折,造成阻挡风流的建筑物内侧危险气体浓度升高,大大增加建筑物周围环境的危险性。研究结果对城区天然气管道的建设具有一定的指导意义。     

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。     

地下综合管廊天然气管道泄漏扩散模拟研究

为了研究管道异常泄漏时天然气的扩散情况,采用Fluent软件模拟研究不同压力条件下气体在管舱内的浓度分布特性,核算保护半径为7.5 m时的报警探测器在灾变时的响应时间,以达到指导报警探测器设计的目的。结果表明:当泄漏压力为103.3 kPa,200.0 kPa时,对应的报警响应时间分别为2.15 s,0.45 s,报警响应时间随着泄漏压力的增大而减小,在常规中压输出压力下,响应时间最大值为2.15 s;同一泄漏压力下,管舱内气体扩散距离与泄漏持续时间成正相关;报警探测器的响应浓度以爆炸下限的20%为推荐值。     

带压堵漏技术在煤气管道上的应用

济钢焦化厂处理煤气管道环形焊缝泄漏点采取了不停产带压堵漏技术，将特制的卡子固定在煤气管道上的泄漏部分，再用活动法兰连接，从而达到堵漏和提高管道强度的目的。     

Integrated leakage detection and localization model for gas pipelines based on the acoustic wave method

With the development of natural gas transportation systems, major accidents can result from internal gas leaks in pipelines that transport high-pressure gases. Leaks in pipelines that carry natural gas result in enormous financial loss to the industry and affect public health. Hence, leak detection and localization is a major concern for researchers studying pipeline systems. To ensure the safety and improve the efficiency of pipeline emergency repair, a high-pressure and long-distance circular pipe leakage simulation platform is designed and established by similarity analysis with a field transmission pipeline, and an integrated leakage detection and localization model for gas pipelines is proposed. Given that the spread velocity of acoustic waves in pipelines is related to the properties of the medium, such as pressure, density, specific heat, and so on, this paper proposes a modified acoustic velocity and location formula. An improved wavelet double-threshold de-noising optimization method is also proposed to address the original acoustic wave signal collected by the test platform. Finally, the least squares support vector machine (LS-SVM) method is applied to determine the leakage degree and operation condition. Experimental results show that the integrated model can enhance the accuracy and precision of pipeline leakage detection and localization.     

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。     

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。     

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。     

Acoustic detection technology for gas pipeline leakage

Gas leakage from pipeline leads to significant environmental damages and industrial hazards, so small leakage detection for gas pipeline is essential to avoid these serious leakages. However, because of the high frequency component of leakage signal attenuates quickly, traditional detection method which inspects pressure or vibration signal has problem to get effective information from leakage signal. So, a novel detection method based on acoustic wave is proposed. This paper, firstly, researches on the phonation principle of pipeline leakage and the characteristic of sound source, and simulates the leakage acoustic field on the basis of aero acoustics. Secondly, using Wavelet Packet Transform method and Fuzzy Support Vector Machine pattern classification, the laboratory testing for identifying acoustic signal of gas pipeline leakage is presented. Finally, the field application demonstrates that the detection system could identify small gas leakage effectively and avoids false-alarms which caused by running conditions with a good prospect.     

A review on different pipeline fault detection methods

Pipeline faults like leakage and blockage always create problem for engineers. Detection of exact fault quantity and its location is necessary for smooth functioning of a plant or industry and safety of the environment. In this paper brief discussion is made on various pipeline fault detection methods viz. Vibration analysis, Pulse echo methodology, Acoustic techniques, Negative pressure wave based leak detection system, Support Vector Machine (SVM) based pipeline leakage detection, Interferometric fibre sensor based leak detection, Filter Diagonalization Method (FDM), etc. In this paper merit and demerits of all methods are discussed. It is found that these methods have been applied for specific fluids like oil, gas and water, for different layout patterns like straight and zigzag, for various lengths of pipeline like short and long and also depending on various operating conditions. Therefore, a comparison among all methods has been done based on their applicability. Among all fault detection methods, Acoustic reflectometry is found most suitable because of its proficiency to identify blockages and leakage in pipe as small as 1% of its diameter. Moreover this method is economical and applicable for straight, zigzag and long, short length pipes for low, medium and high density fluid.