飞机库燃油泄漏扩散特性及影响因素分析

为有效预防飞机库燃油泄漏扩散导致的重大安全事故,基于国内某飞机库空间结构,建立了燃油泄漏扩散试验平台,通过模拟试验及数值模拟的方法,探究飞机库燃油泄漏扩散过程油气体积分数的分布规律及环境因素的影响。结果表明：飞机库水平方向上油气扩散速度较快,竖直方向上呈现明显的分层规律,经过初始稀释、障碍累积、重力沉降及被动扩散阶段后实现浓度平衡;温度、泄漏位置和泄漏量对飞机库内油气体积分数分布影响显著,随着温度的升高,模拟机库空间内最大油气体积分数增幅较大,泄漏位置主要影响空间内部油气扩散达到平衡体积分数的时间,泄漏量对空间内最大油气体积分数、油气的平衡体积分数及达到平衡体积分数的时间均有影响,对油气的产生速率影响不大;飞机库内障碍因子对油气扩散的扰动以及油气累积后的二次加速现象,使得飞机库内湍流强度急剧增大,导致危险油气体积分数区域不断扩大。     

强制通风下炼钢厂工作场所煤气泄漏扩散研究

为探索在强制通风条件下,炼钢厂工作场所煤气泄漏后在车间内的扩散规律和影响范围,以某炼钢厂为例,建立煤气泄漏扩散数学模型;对其离散格式、边界条件设定和气体性质定义;采用计算流体力学方法模拟煤气泄漏后CO的浓度变化过程以及不同监测点的CO浓度变化分布规律。模拟结果显示:在相同风压下,随着通风时间的增加,CO在呼气带的浓度逐渐降低;随着通风压力的增加,CO在呼气带的浓度降低得更快,特别是在泄漏停止后,通风压力的增加,使空气对流加快,新空气的进入使CO得到迅速的稀释;当通风压力从2 MPa到6 MPa递增时,距离地面1.5 m处6个水平监测点上CO浓度随时间变化无数量级差异;通过0.4 MPa和0.6 MPa压力的对比分析可以看出,0.6MPa通风压力具有明显的趋势变化。     

通风状态下综合管廊燃气管道小孔泄漏扩散模拟研究

为揭示多因素影响下的综合管廊复杂受限空间燃气随时间的扩散集聚特性，利用Fluent软件模拟常态机械通风下不同泄漏口朝向、泄漏口位置、管道压力、泄漏口孔径及形状的燃气浓度分布特性。结果表明：泄漏口朝向对泄漏甲烷初期分布具有重要影响，泄漏口竖直向上、泄漏口竖直向下朝向泄漏甲烷主要分布于管廊中上部区域；泄漏朝向壁面水平距离较远一侧、泄漏朝向壁面水平距离较近一侧泄漏甲烷主要分布于管廊中下部区域；泄漏报警触发时间随泄漏口朝向呈非对称分布，报警触发时间从短到长依次为泄漏口竖直向上、泄漏口竖直向下、泄漏朝向壁面水平距离较近一侧、泄漏朝向壁面水平距离较远一侧，泄漏朝向壁面水平距离较远一侧为廊内最不利泄漏口朝向。综合管廊顶部进风口存在通风滞速区，当泄漏口处于滞速区时泄漏甲烷聚积并达到爆炸极限；泄漏口坐标与廊内泄漏甲烷分布广度呈负相关，泄漏点在滞速区附近为最不利泄漏口位置。泄漏口孔径和管道压力与燃气泄漏量、扩散范围均呈正相关，与报警时间均呈负相关。条缝型泄漏口的泄漏甲烷扩散能力弱于圆形泄漏口，在泄漏口上风处甲烷质量分数高于圆形泄漏口。     

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。     

深水内波条件下井喷原油扩散规律数值仿真分析

为研究深水内波条件下井喷原油扩散问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立深水内波条件下的溢油扩散后果预测模型,研究深水溢油在内波流场中的扩散规律,评估溢油在内波流中的上浮时间、扩散距离等关键风险参数,探讨内波工况、井喷流量及海况条件对深水溢油扩散行为和后果的影响。研究表明:泄漏原油喷射涌入海水中形成射流和羽流,向下部海流出口方向偏移,上升至250m处原油破碎分散为小油滴,受内波剪切作用,扩散范围增大,并向上部海流出口方向偏移,溢出点位置位于泄漏口正上方附近;内波流速变化对原油运移至海面所需时间无明显影响,对横向扩散参数有较明显影响;泄漏速率变化对原油的溢出时间和横向扩散参数均有较明显影响;海况条件对原油溢出时间、运移过程和扩散范围均有较明显影响,其中内波条件下,井喷溢油造成的危害最大。     

城市加气站液化石油气埋地储罐泄漏扩散模拟研究

分析城市加气站液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,LPG)埋地储罐泄漏后LPG在砂土介质中渗流扩散的物理过程及特点,确定埋地储罐不同位置泄漏出现的物质流动状态,分析LPG在砂中传输过程中与砂、空气、水之间的传热、传质方式.采用LPG渗流扩散传热、传质多相混合数值模型,对某城市加气站LPG埋地储罐气相区发生泄漏事故在含水量不同的罐池中渗流扩散过程进行模拟,得到LPG饱和度、危险浓度、压力、流速等空间分布规律以及流动趋势、出口浓度变化,并对影响LPG流动的主要因素进行分析.模拟结果表明罐池出口位置对气体渗流扩散方向的影响大于储罐壁面形状和重力的影响;泄漏口和出口附近区域压力随距离下降梯度较大,中间压力下降较缓;储存压力是影响LPG在砂土介质渗流过程中压力的关键因素;在同一位置气体在非饱和砂中渗流的压力高于气体在干砂中的压力;存在砂土中的水有阻碍气体扩散的作用.     

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。     

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。     

高原山区城市重气泄漏扩散的风洞试验研究

进行重气泄漏扩散环境风洞试验,研究高原山区城市中重气泄漏扩散规律.结果表明,高原山区城市重气泄漏扩散存在1个危险风速,该风速下环境中重气浓度达到最大值,同时黏滞系数也达到最大值.通过多项式拟合可求出危险风速.当地年平均风速条件下,重气浓度随下风距离增加而减小,而在排放源下风向500 m外,随着距离的增加,重气浓度的变化趋缓;重气浓度在横风向上呈偏态分布;在垂直方向上随着高度的增加而减小,而高度超过20 m后重气浓度随高度的变化较小.     

锅炉水冷壁管失效分析

正某厂动力车间5#蒸汽锅炉于1994年8月投入使用,累积运行58367h。锅炉水冷壁管材质为20#钢;规格为φ60mm×3mm;设计压力3.82MPa,实际最高工作压力3.5MPa;锅炉额定蒸汽温度450℃,实际为430℃。2012年3月初锅炉连续发生水冷壁管泄漏,泄漏水冷壁管位于锅炉人孔对面管排中部,泄漏处位于炉膛底部,对该水冷壁管失效原因进行综合分析:1宏观检验送检试样为一段带圆形泄漏孔的水冷壁管残片,圆孔呈喇叭状,圆孔由内表面向外表面凸起,圆孔周围减薄明显。用肉眼观察水冷壁管外表面,发现水冷     

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。     

Dynamic Bayesian networks for reliability evaluation of subsea wellhead connector during service life based on Monte Carlo method

The subsea wellhead connector is a critical connection component between subsea Christmas tree and subsea wellhead for preventing the leakage of oil and gas in the subsea production system. Excited by cyclical loadings due to environmental forces and the other support forces, the subsea wellhead connector is prone to the failure, which could lead to the loss of subsea tree or wellhead integrity and even catastrophic accidents. With the Monte Carlo simulation method, this paper presents a reliability analysis approach based on dynamic Bayesian Networks, aiming to assess the failure probability of the subsea wellhead connector during service life. Take the driving ring component of the subsea wellhead connector as an example to demonstrate the reasonability of the proposed model. The generation data is processed by the transform between the numerical value and the state variable. Based on the stress-strength interference theory, the structure reliability of the driving ring with 96.26% is achieved by the proposed model with the consideration the aging of the material strength and the most influential factors are figured out. Meanwhile, the corresponding control measures are proposed effectively reduce the failure risk of the subsea wellhead connector during service life.     

Improvement of integrity management for pressure vessels based on risk assessment - A natural gas separator case study

The process of oil and gas processing plant is complex, the types of pressure vessels are rich, and the functions are critical. However, the working medium is mostly untreated medium, and the hazard factors are complex, which poses a threat to the safe production of oil and gas processing plant. Based on PDCA cycle, this paper establishes a six-step links of integrity management for sustainable improvement of pressure vessels. The typical failure modes of pressure vessels are determined, and the fishbone diagram of risk factors under each failure mode is compiled. Risk quantification and classification of pressure vessels based on failure modes (RBFM) is innovatively proposed. Avoiding incalculable failure frequency index, the process quantification of failure possibility is formed according to the development of hazard factors. A failure consequence calculation model based on the leakage affected area was established. Combined with the failure probability level and risk level, the hierarchical inspection strategy for pressure vessels under different failure modes is established. Finally, the method is applied to the natural gas separator of H processing plant. The research results show that RBFM proposed in this paper can meet the requirements for rapid and accurate risk assessment of pressure vessels in oil and gas processing plant. This paper establishes a safe production barrier for the pressure vessel and improves the intrinsic safety of the equipment.     

基于有限元的含腐蚀缺陷P110油管失效分析与安全评价

含有腐蚀缺陷油管在复杂的工作荷载下容易发生失效。建立了在内压与轴向力共同作用的复杂工作载荷下,含椭球型蚀坑缺陷与轴向沟槽型缺陷两种腐蚀缺陷的油管有限元模型。基于该模型研究了不同载荷工况下缺陷宽度、深度与长度对油管安全性及失效模式的影响。研究结果表明:腐蚀位置深度较浅时,椭球型蚀坑缺陷更危险,油管主要发生由轴力引发的断裂失效;腐蚀位置深度较深时,轴向沟槽型缺陷更危险,主要发生由内压引发的破裂失效。研究成果可为含腐蚀缺陷油管的安全评估提供依据。     

Impact of leakage location and downwind storage tank on the gas dispersion in a typical chemical tank storage area

Toxic gas leakage in a tank area can have catastrophic consequences. Storage tank leakage location (particularly for high leakage) and downwind storage tanks potentially influence gas diffusion in tank areas. In this study, we developed a numerical and experimental method to investigate the impact of a high leakage location and downwind storage tank on gas diffusion based on three (1.05H, 0.90H, and 0.77H, H was the tank height, 22m) leakage field experiments on the leeward side of storage tank, which have been not conducted before. The experiments revealed an unexpected phenomenon: the maximum ground concentration first decreased and then increased with increasing leakage height. The simulations illustrated that the differences in micrometeorological conditions caused the maximum ground concentration of gas emitted from the roof to be higher than that emitted from the tank wall near the storage tank height. The downwind storage tank 1) had little influence on the entire diffusion direction but altered the local diffusion pattern; 2) reduced the maximum ground concentration (∼18.7%) and the distance from the emission source (approximately a storage tank diameter); and 3) had strong influences on the concentration, velocity, turbulence, and pressure on the leeward side. The concentration negatively correlated with the velocity, pressure, and turbulence in the middle of the two storage tanks on wind centerline. Our results can improve understanding of gas dispersion in tank areas and provide references for mitigating loss and protecting lives during emergency response processes.     

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.     

高压天然气非恒定速率泄漏扩散数值模拟研究

为保障天然气工业安全生产与运营,以某天然气储配厂为例,采用等效喷嘴和过程模型,利用FLACS软件对罐区高压天然气非恒定速率泄漏扩散进行数值模拟,考察环境风速及泄漏时间对气体泄漏扩散的影响.结果表明:储存压力为1.05 MPa的天然气储罐发生泄漏会产生欠膨胀射流,泄漏初期具有447.44 kJ的高动能,并在近场扩散起主导...     

基于马尔可夫方法的水下防喷器可靠性研究

水下防喷器是保障海上钻井安全的关键设备,对其可靠性进行定量评价对井控作业有重要的指导意义.为了弥补现有水下防喷器可靠性评价方法的不足,将水下防喷器的工作状态分为四种,包括无故障可用、关井、井控关键失效及关井时失效.利用Markov方法建立了水下防喷器的Markov模型.通过水下防喷器系统的状态转换图找出了各工作状态的转换关系.通过分析墨西哥湾83口深水井水下防喷器的失效数据,定义了影响水下防喷器可靠性的井控关键失效,并对深水钻井水下防喷器防喷功能的可靠性进行了定量计算.将计算结果与不考虑关井期间的井控关键失效相比较发现,防喷器的防喷失效概率增加了65％.因此传统的定量评价方法可能会得出相对乐观的结论,应在实际生产中给予重视.     

海底管道泄漏油气扩散规律数值仿真与对比分析

为研究海底原油与天然气单相泄漏扩散规律的差异性,合理制定应急响应策略,减小事故损失,针对海底管道失效所致的原油与天然气泄漏问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立海底油气管道泄漏事故后果预测与评估模型,对特定事故场景下的海底原油与天然气泄漏扩散过程进行模拟与分析,从泄漏扩散过程、工况因素影响、泄漏后果及应对策略4个方面对比原油与天然气的泄漏扩散特性。结果表明:相同工况下,海底原油与天然气在泄漏速率、扩散时间、扩散形态及水平最大扩散距离方面存在显著差别;与天然气相比,原油泄漏扩散行为对工况因素具有更高的敏感性;原油泄漏会引发严重的环境灾害,天然气泄漏则会影响海上结构物的稳定性及引发火灾爆炸事故,据此需合理制定具有针对性的应对策略。