高压掺氢天然气管道泄漏扩散与失效后果的数值模拟研究

针对高压管道在失效泄漏后产生的欠膨胀射流问题,利用Birch理论模型用伪源代替实际管道的泄漏孔。在不同掺氢比（HBR）、泄漏孔直径、管道运行压力的条件下,研究了掺氢天然气（HDNG）管道泄漏扩散后果区体积分数分布情况、爆炸危险边界、爆炸危险范围的变化规律。结果表明,随着HBR的增加,减少了泄漏扩散后HDNG的聚集,爆炸危险范围逐渐减小,远端危险性降低;随着HBR的增加,爆炸危险边界高度降低,近端危险性增大;随着泄漏孔直径与管道运行压力的增加,泄漏扩散后HDNG的影响区域扩大,爆炸危险边界高度上升,爆炸危险范围逐渐增大,远端危险性增大。     

埋地管道泄漏油品扩散范围模拟计算

要对埋地管道不同位置泄漏时油品在土壤中的渗透扩散进行模拟分析,借助CFD软件建立土壤多孔介质中油水两相流的三维流动传质耦合模型。模拟结果表明:油品在地下、地表的渗透扩散范围受漏孔位置的影响明显。管道正上方泄漏时,地下泄漏范围最小而地表扩散面积最大;管道正左侧泄漏时,地下扩散范围及地表扩散面积大小介于正上方泄漏和正下方泄漏工况之间;管道正下方泄漏时,地下扩散范围最广,但地表扩散面积最小。泄漏1h后,地下、地表的油品扩散速率均趋于稳定,下孔泄漏油品的地下扩散速率比上孔泄漏大约10%,而3种泄漏工况的地表扩散速率大小几乎相同。     

平坦地区含硫化氢集输管道的泄漏扩散模拟

针对管道中天然气的泄漏,尤其是含硫集输管道的泄漏将对周围环境造成极大的威胁,对平坦地区含硫化氢天然气管道泄漏扩散进行了数值模拟.模拟分析发现:静风条件下,天然气在大气中自由扩散稳定后,压力、速度和浓度分布基本对称,喷口附近、喷口垂直向上区域以及接近地面区域的硫化氢浓度很高,属于高危险区域;有风条件下,气体扩散范围增大,风不仅对污染物起输送作用,还起稀释扩散作用,但在地面附近影响效果并不明显,而随高度的增加,其效果将不断增强;在无风情况下,喷射区域基本在泄漏口正上方,而有风时,喷射区域发生弯曲;危险区域随着风速的增大而减小,静风时,其范围最大.模拟得出天然气管道泄漏点外扩散的规律能够为实际安全生产和应急抢险提供较好的参考依据.     

城镇架空天然气管道动态泄漏数值研究

针对城镇架空天然气管道动态泄漏问题,考虑不同压力等级对泄漏扩散的影响,选取高压(2.0 MPa)、次高压(1.0MPa)和中压(0.4MPa)3个压力等级管道进行模拟。先利用泄漏率计算模型分别计算临界流和亚临界流泄漏的泄漏率,得到不同压力等级管道的泄漏规律;再利用Fluent软件对动态泄漏进行数值模拟,得到天然气扩散的危险范围。结果表明,当管道体积和泄漏孔径一定时,管内压力越大,管内剩余气体质量越大,泄漏持续时间越长,天然气的危险范围也越大;随着动态泄漏的持续,泄漏率越来越小,天然气的危险范围也越来越小。天然气爆炸下限距地面高度和下风向水平距离随时间变化总体呈下降趋势,但高压(2.0MPa)管道在下风向水平方向的距离先增加再减小。     

埋地不同压力管道泄漏的数值模拟

利用有限容积法建立埋地输油管道周围土壤多孔介质的三维流固耦合数学模型, 借助F LUENT软 件, 模拟了不同压力的埋地管道泄漏前后管道周围大地温度场的变化情况及油品在地下、 地表的扩散情况。模拟结 果表明, 泄漏前不同压力的管道周围温度场分布相同; 泄漏后不同压力的管道周围温度场变化缓慢, 管道压力越大, 温度场变化越明显; 当管道压力变为原来压力的2倍时, 油品在地下的扩散量比原扩散量的2倍稍小一些。     

不同油品管道泄漏的数值模拟

针对埋地管道输送不同油品发生泄漏问题, 采用有限容积法建立埋地管道周围土壤多孔介质的三维流动传质数学模型, 通过C F D软件分别模拟了汽油、 柴油、 原油管道下方发生泄漏后, 不同油品在地下及地表的扩散范围。模拟结果表明, 在泄漏时间相同时, 柴油在土壤中的扩散范围最大, 其扩散范围比汽油大2 0%左右, 而汽油和原油的扩散范围基本相等; 当泄漏时间大于2h时, 不同油品在地下、 地表扩散速率基本趋于稳定。泄漏油品扩散范围的模拟对被污染土壤的修复工作具有指导意义。     

海底埋地管道泄漏的温度场与压力场的模拟

对埋地海底管道进行耦合模拟,分析了泄漏口在不同位置时海泥的温度场及压力场。当泄漏口在不同位置时,泄漏到海泥区域的原油对周围海泥温度场产生的影响不同,但存在一定的分布规律。当泄漏口在管道左(右)侧时,受重力的影响,泄漏口处的等温线下移,右(左)侧等温线上移,温度场呈现不对称分布;泄漏口在管道正下方时,等压线在管道两侧对称分布,而且逐渐向两侧和上方扩散。     

风力因素对天然气管道泄漏扩散影响的数值模拟

利用仿真模拟软件, 对架空天然气管道泄漏扩散进行数值模拟, 对比分析了泄漏方向及风速对泄漏扩散过程的影响。结果表明, 地面附近下风向危险范围大, 上风向相对安全, 地势较高处相对安全; 向上喷射时近地面天然气危险范围较小, 迎风喷射和向下喷射时危险范围较大; 迎风喷射时风速对危险范围的影响小于向下喷射时 风速对危险范围的影响, 在静风及低风速下天然气泄漏扩散范围较大。研究结果可为架空天然气管道泄漏的应急疏散、 救援提供理论依据和参考。     

基于ALOHA和多元回归预测的地面天然气管道泄漏扩散模型研究

为提高地面天然气管道泄漏扩散范围预测的精度,基于事故后果模拟分析和多元回归预测方法建立地面天然气泄漏扩散范围预测模型,以北京市某地面天然气管道泄漏事故为研究对象,结果表明:通过事故后果模拟分析得出,风速、大气稳定度、管道压力和泄漏口直径为扩散范围的关键影响因素,即为预测模型的自变量因素;通过多元回归预测和MATLAB软件建立的地面天然气管道泄漏扩散范围预测模型,其最大误差为5.48%。本文所建预测模型对天然气泄漏扩散范围的预测有一定的实际应用价值,可为地面天然气管道泄漏事故应急救援工作提供指导。     

埋地成品油管道泄漏后油品渗流扩散规律

由于管道腐蚀、自然灾害以及第三方破坏,管道泄漏事故频发。为了研究油品在含水土壤中的渗流扩散规律,建立了埋地管道截面区域油品泄漏过程的"泄漏-渗流-扩散"数值模型。基于实际泄漏工况数据,分析了导压系数、泄漏孔大小、泄漏流量、管道直径、泄漏位置、埋深、重力、土壤含水饱和度等影响渗流扩散范围的敏感性。并预测了给定埋地管道条件下,泄漏油品扩散的范围及到达地面的时间。研究结果可为处理埋地管道泄漏事故提供参考。     

山区成品油管道泄漏扩散分析

目前关于成品油管道泄漏扩散分析的研究成果仅适用于平地埋地管道,而针对山区复杂地理环境下成品油管道泄漏的研究极其缺乏,致使油气管道的泄漏事故处理方案不合理.选取某山区成品油管道的一处高后果区进行研究,通过提取管道所处实际山体的典型地形特征,建立了山体三维简化模型.采用VOF方法模拟了当埋地管道破裂时泄漏油污染物在山体表面的动态运移扩散过程,分析了泄漏速度、油品物性和地表情况对泄漏污染物扩散速率和扩散面积的影响规律.研究结果对指导复杂山区成品油管道发生严重泄漏事故后的救灾抢险工作提供了重要的理论支撑.     

埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对天然气管道不同损伤过程中的泄漏扩散问题,利用FLUENT软件,建立CFD仿真模型,研究了泄漏口大小对天然气泄漏扩散范围的影响。以山区与城镇交界处的天然气埋地管道为例,考虑风速随高度的变化和关闭阀门后泄漏率随时间的变化,对天然气泄漏扩散进行数值模拟,编写导入FLUENT的UDF程序并对风速和泄漏率进行了修正。实例计算结果表明,扩散范围随着泄漏口的增大而变大,在泄漏口直径为6.35、25.40mm和101.60mm时,天然气爆炸下限距地面高度分别可达92、122m和408m,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离分别可达322、770m和1 291m;由于天然气受管道上层土壤的影响而损失大量湍能,因此泄漏气体在地表和土壤中扩散时,泄漏气体在地表的扩散范围大于在土壤中的扩散范围,其中泄漏口直径为101.60mm时扩散范围最大,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离在地表和土壤中最大分别可达80m和105m。     

障碍物对管道天然气泄漏扩散影响的数值模拟

基于Fluent软件的物质传输与反应模块建立了管道天然气泄漏扩散的模型,提出了研究障碍物影响管道天然气泄漏扩散的数值模拟方法.通过实际勘查,建立了简化的二维几何计算模型.通过模拟分析并对比管道天然气泄漏扩散区域有、无障碍物时的计算模拟结果(包括天然气在计算区域内的含量、速度等分布),得出了障碍物对天然气泄漏扩散的影响规律.模拟结果可以为控制天然气泄漏扩散事故提供一定参考.     

架空天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对天然气管道穿孔泄漏扩散问题,结合有限容积法,建立了天然气管道不同泄漏位置的CFD仿真模型,分别对天然气管道上部、下部、迎风侧及背风侧等4种工况的泄漏扩散进行了数值模拟。研究结果表明,下部泄漏比上部泄漏气体更贴近地面且不易扩散,且横向危险范围也比上部泄漏大30～70m;迎风侧泄漏与背风侧泄漏情况相似,但迎风侧泄漏危险区域的纵剖面面积更大,更危险。应用数值方法模拟管道穿孔扩散问题,给出了不同工况下的泄漏范围,为天然气管道泄漏的安全输送及安全抢修提供了理论依据。     

可燃气体室内泄漏扩散的研究

对可燃气体在室内泄漏扩散的模式进行了分析,对泄漏扩散的影响因素进行了系统阐述,建立了连续泄放源气体泄漏扩散的数学计算模型,并分别对室内有风和无风干扰的情况下的模型进行了简化.通过建立数值计算模型,采用通用的CFD软件PHOENICS对泄漏气体射流扩散后形成的速度场与浓度场进行了模拟计算,得出了泄漏气体在室内扩散分布的一般特征.结果表明,在分析可燃气体泄漏的危险性时,不仅应分析环境空间可燃气体的爆炸浓度范围,而且也要注意存在局部着火的可能性.     

城市综合管廊内燃气泄漏及应急预案模糊故障树分析

为进一步保障天然气管道入廊后的安全性,采用模糊故障树分析方法,从风险研究角度评估城市综合管廊内燃气管道泄漏的故障概率,识别出其中的主要风险点,同时针对燃气管道泄漏突发性强、场景复杂、维修难度大等特点,制定专用应急预案,并对应急预案的完备性进行评估。研究结果表明,采用模糊故障树理论,可以有效对城市综合管廊内燃气泄漏进行有效评估。采用故障树评估方法,结合广泛使用的检查表单的方法,将书面性的应急预案转化为影响预案体系的节点或事件,将评估过程有机结合定性分析和定量评价两种常见方式,为城市综合管廊内燃气泄漏应急预案完备性评估中引入定量评价做了一个有益尝试。     

建筑物条件下埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对城镇埋地天然气管道泄漏扩散过程, 考虑多建筑物条件下不同组分、 不同浓度的气体扩散规律, 利用计算流体力学( CFD) 软件建立埋地管道泄漏扩散过程的三维物理模型, 将环境风场和泄漏速率以用户自定义函数形式引入边界条件中, 将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和泄漏扩散的瞬态模拟两步, 又将泄漏扩散过程分为持续泄漏扩散和管道阀门关闭后的泄漏扩散两个阶段, 分析天然气的泄漏扩散规律。结果表明, 环境风场的稳态模拟是十分必要的, 建筑物附近流场存在三个低速区, 建筑物边缘存在较大的速度梯度; 天然气的持续泄漏扩散阶段呈现土壤层局限扩散、 上游低速区积聚、 气云浮升、H₂S的沉积扩散等特征, 在阀门关闭后的阶段呈现气体扩散延续性、 气云由上而下消散等特点; 在本文工况条件下, H₂S比CH₄的扩散范围大, 消散时间晚, 危险性更大。     

基于FLUENT的架空天然气管道泄漏数值模拟

建立了天然气管道在空旷地面发生泄漏的三维模型,对高速泄漏区域进行了网格细化。利用 CFD商业软件 FLUENT 6.3对泄漏过程进行模拟,考察了大气风速、泄漏初速度和泄漏口形状（圆形和菱形）对泄漏的影响。模拟结果表明,风速对天然气泄漏喷射射流角度有较大影响,扩散范围随扩散高度而增大;泄漏初速度对天然气喷射高度有较大影响,扩散高度随泄漏初速度的加快而变高;圆形泄漏口的硫化氢泄漏范围最宽。研究结果对加深长输天然气管道泄漏扩散规律的认识、事故的预防具有一定的意义。     

障碍物形状对含硫天然气管道泄漏扩散影响的数值模拟

对含硫天然气管道泄漏扩散进行模拟研究,在不同风速下对比分析了计算区域内障碍物形状、障碍物坡度对泄漏气体扩散过程的影响规律,并模拟了不同条件下H₂S组分的安全区域。结果表明,障碍物的存在使泄漏气体在风力作用下堆积在障碍物的迎风面,障碍物的形状改变泄漏气体的运动路径。当障碍物为无坡度障碍物（建筑物）时,泄漏气体的扩散高度增大,且在水平方向的传输被阻碍;当障碍物为有坡度障碍物（山体）时,泄漏气体在水平方向的扩散距离增大,且在外界风力达到一定速度之后,泄漏气体绕过障碍物在背风区扩散时开始向下沉降,导致地面附近的安全区域范围减小。减小障碍物坡度,风速较小时对泄漏气体的扩散无影响,风速较大时泄漏气体将障碍物包围并在近地面处扩散;增大障碍物坡度,泄漏气体的扩散规律与无坡度障碍物（建筑物）存在时相似。模拟结果可为含硫天然气泄漏事故的处理提供参考。     

建筑物条件下埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对城镇埋地天然气管道泄漏扩散过程,考虑多建筑物条件下不同组分、不同浓度的气体扩散规律,利用计算流体力学(CFD)软件建立埋地管道泄漏扩散过程的三维物理模型,将环境风场和泄漏速率以用户自定义函数形式引入边界条件中,将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和泄漏扩散的瞬态模拟两步,又将泄漏扩散过程分为持续泄漏扩散和管道阀门关闭后的泄漏扩散两个阶段,分析天然气的泄漏扩散规律。结果表明,环境风场的稳态模拟是十分必要的,建筑物附近流场存在三个低速区,建筑物边缘存在较大的速度梯度;天然气的持续泄漏扩散阶段呈现土壤层局限扩散、上游低速区积聚、气云浮升、H2S的沉积扩散等特征,在阀门关闭后的阶段呈现气体扩散延续性、气云由上而下消散等特点;在本文工况条件下,H2S比CH4的扩散范围大,消散时间晚,危险性更大。