Severity of emergency natural gas distribution pipeline incidents: Application of an integrated spatio-temporal approach fused with text mining

The transportation of natural gas often relies on pipelines which require constant monitoring and regular maintenance to prevent spills or leaks. Pipeline incidents could pose a huge adverse impact on people, the environment, and society. Numerous efforts have been invested to identify contributing factors to pipeline incidents so that countermeasures could be developed to proactively prevent some incidents and reduce incident severities or impacts. However, the countermeasures may need to vary for different incidents due to the potential heterogeneity between incidents, and such heterogeneity is likely related to the geology, weather, and built environment which vary across space and time domain. The objective of this study is to revisit the correlates of pipeline incidents, focusing on the spatial and temporal patterns of the correlations between natural gas pipeline incident severity and contributing factors. This study leveraged an integrated spatio-temporal modeling approach, namely the Geographically and Temporally Weighted Ordered Logistic Regression (GTWOLR) to model the natural gas pipeline incident report data (2010–2019) from the U.S. Pipeline and Hazardous Material Safety Administration. Text mining was performed to extract additional information from the narratives in reports. Results show several factors have significant spatiotemporally varying correlations with the pipeline incident severity, and these factors include excavation damage, gas explosion, iron pipes, longer incident response time, and longer pipe lifetime. Findings from this study are valuable for pipeline operators, end-users, responders to jointly develop localized strategies to maintain the natural gas distribution system. More implications are discussed in the paper.     

压缩空气泡沫水平管路压力损失数值模拟研究

为厘清压缩空气泡沫水平管道输运压力衰减规律,考虑压缩空气泡沫实际工程运用,利用STAR-CCM软件研究泡沫液种类、混合比和管径对湿泡沫水平管网输运过程中压力衰减的影响规律,并结合理论分析建立压缩空气泡沫水平输运过程中的压力衰减预测模型。研究结果表明：管路压降与泡沫液黏度呈正相关性,在混合液流量270 L/min,气体流量1 750 L/min条件下,相同管径高黏度抗溶性水成膜泡沫(AFFF/AR)压降约为低黏度A类和水成膜泡沫(AFFF)1.3倍;对于相同类型泡沫,混合比对管路压降影响较小,100 m长90 mm管径不同混合比之间最大压降差值约为7.21 kPa;管径对压降影响较大,相同泡沫条件下,50 mm管径压降是80 mm管径压降的约9.4倍,80 mm管径压降是100 mm管径压降的约2.8倍,当管径大于80 mm时,不同泡沫对压降的影响逐步减小。压力衰减预测模型计算的压降值与模拟值较前人开展研究所得实验值误差在18%以内,研究结果可以为压缩空气泡沫水平管网设计提供一定理论参考。     

管廊内泄漏口朝向对天然气管道泄漏扩散影响的模拟分析*

为掌握综合管廊内天然气输气管道泄漏口朝向对气体扩散的影响,使用FLUENT软件对4种不同朝向的泄漏口泄漏过程进行3维数值模拟,对比分析不同工况下气体浓度分布。结果表明:泄漏形成的射流产生强烈气体掺混,降低泄漏口附近气体浓度梯度;随着距泄露孔距离的增加,气体受惯性力作用减弱,并在浮力作用下抬升。管廊纵截面气体浓度场可分为泄漏口附近的均匀区和距离泄漏口较远的分层区。在均匀区内,探测器高度上气体质量分数纵向分布呈阶梯状;距泄漏口较远距离(大于20 m),泄漏口朝向对探测器高度上气体浓度纵向分布影响较小。基于稳态气体分布控制方程,提出气体在分层区内纵向分布关系式。当泄漏口刚好位于2探测器中央（最不利工况）时,泄漏孔朝向为X+（管道距离壁面较远侧）的泄漏气体在喷出后与空气接触时间长,产生涡量更大,使气体在管廊纵向上蔓延速度降低,探测器响应时间相对较长。     

球形障碍物对瓦斯爆燃火焰影响试验研究

为进一步开发煤矿井下瓦斯爆炸事故的隔抑爆技术装备,利用截面为0.2 m×0.2 m的方形管道、纹影仪和高速摄像机,开展无障碍物时和球形障碍物存在情况下的瓦斯爆燃传播试验.研究发现,无障碍物时,密闭管道内爆燃火焰的结构和传播速度受反射压力波的影响很大,湍流火焰、化学反应作用能力与反射压力波的相互作用是造成火焰传播速度变化...     

高压管道天然气泄漏扩散过程的数值模拟

采用CFD模型的方法对高压管道内的天然气泄漏和扩散过程进行了数值模拟。其结果表明,从高压管道泄出的天然气在大气中主要表现为高速射流的泄漏过程和随后的扩散过程。在泄漏过程中,天然气在泄漏口附近为欠膨胀射流,整个泄漏过程具有一定的高度;在扩散过程中,天然气在浮力作用下以向上扩散的形式发展。研究了不同环境风速对扩散过程的影响,较大的风速可以使天然气向下风方向更远的距离扩散,从而增大了天然气爆炸危险浓度的范围。研究结果可     

基于STPA的城市埋地燃气管道第三方破坏风险因素分析

城市埋地燃气管道输送介质易燃易爆、埋设环境人口密集、施工频繁,极易受到来自第三方的破坏,直接威胁人们的生命财产安全,因此对第三方破坏的风险因素分析和防治十分必要。系统理论过程分析法(STPA)是一种基于系统理论的风险分析方法,该方法不同于传统的风险分析方法——将事故视为由初始事件诱发的一系列事件造成的后果,而是对燃气系统从设计、开发和运行过程进行分析,建立系统安全控制结构,通过分析控制缺陷和缺陷致因实现对风险因素的分析。研究分析出24个燃气管道第三方破坏的风险因素,针对风险因素提出了建议,为燃气管道第三方破坏的风险控制提供依据。     

隧道掘进爆破载荷作用下埋地管道的振动峰值速度预测研究

为研究隧道掘进爆破过程中地震效应对邻近埋地管道安全性的影响,建立平行于隧道的埋地管道数值模型,将管道视为薄壳圆柱体,定义管道在动载荷作用下的塑性破坏准则,并利用无量纲分析法构建管道表面质点的振动速度关于振动频率与爆破持续时间的数学模型,从而研究埋地管道受震特性.结果表明:隧道掘进爆破作业下成洞侧的管道应力峰值低于非成洞...     

海底悬跨管道表面双裂纹数值分析

为了研究海底油气管道多个裂纹间相互作用对管道产生的影响,针对海底悬跨管道表面双裂纹的相互作用,采用有限元方法建立双环向表面裂纹模型,采用围道积分法求解双裂纹下的应力强度因子,研究了不同边界条件下,不同尺寸裂纹间的相互影响规律,并对比了单裂纹下应力强度因子的变化情况。研究结果表明:不同尺寸的裂纹对双裂纹的相互影响规律有一定影响,且双裂纹应力强度因子最大值均出现在裂纹最深点处;弹簧边界下双裂纹相互影响规律与简单边界下相互影响规律明显不同;不同边界条件对悬跨管道双裂纹应力强度因子的影响较大。研究结果可为海底悬跨管道的失效分析提供参考依据。     

基于N-K模型的城市燃气管道失效可能性因素耦合分析

为分析多因素耦合作用对城市燃气管道失效可能性的影响,构建了基于复杂网络的N-K模型;应用轨迹交叉理论分析管道失效可能性因素的耦合作用机理;基于N-K模型对2011—2014年所发生的1 127起城市燃气管道事故进行耦合分析,计算不同耦合方式发生的概率和耦合值。结果表明:多因素耦合过程中,参与耦合的因素越多,管道失效的概率越大,但耦合发生的频率却随耦合因素的增加逐渐减少;环境因素和人为因素参与耦合时,管道失效的概率较大。     

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。