事故通风状态管廊燃气管道泄漏扩散模拟研究

以海口市天翔路综合管廊燃气独立舱为研究对象,采用ANSYS ICEM CFD 15. 0软件在燃气管道上方建立二维物理模型,模型尺寸为200 m×2 m,泄漏孔为直径为5 mm的圆形小孔。燃气在独立舱室内的泄漏扩散满足三大守恒方程(质量守恒、动量守恒、能量守恒)、无化学反应的组分输运方程以及混合气体密度方程,采用Fluent 15. 0软件对燃气管道在事故通风状态下的泄漏扩散浓度分布规律及通风稀释效率的影响因素进行模拟研究。每种工况模拟开始时,将送风口风速设定为1. 87 m/s,即通风换气次数为6次/h,当位于下风向、距离泄漏孔15 m处的监测点报警后,暂停计算,重新设置边界条件,将送风口边界条件由正常通风换气次数调整为不同的事故通风换气次数,即改变送风口的风速,进行模拟研究。研究结果表明:当泄漏孔径不超过5 mm,管道压力不超过0. 4 MPa时,12次/h的最小事故通风可以满足综合管廊内燃气舱室的安全运行。当泄漏孔径为5 mm、管道压力为0. 8 MPa时,24次/h的换气次数基本满足燃气舱的通风换气需求。管道压力越大,泄漏量越大,燃气舱解除危险所需的通风换气量也越大,因此建议以管道压力及舱室燃气浓度为耦合函数,采用变频风机,实现事故状态下联动通风控制。燃气管道发生泄漏时,增加通风换气次数可以明显地稀释舱室内的燃气至报警浓度以下,但是通风口至防火墙之间的角落里容易积聚泄漏的天然气,因此,建议在燃气舱每个防火分区的排风口和舱室右侧防火墙之间的死角区域增加诱导风机。     

综合管廊燃气舱燃气泄漏模型实验研究

通过搭建管廊燃气泄漏实验台进行实验和数值模拟验证,对燃气在综合管廊内的泄漏扩散规律和燃气在管廊夹层中的积聚问题进行了分析研究。分析得出:用氖气代替燃气在空气中进行管廊燃气泄漏实验是可行的;泄漏的燃气在综合管廊内以波峰、波谷的方式向泄漏口两侧对称扩散;综合管廊在通风情况下,泄漏口至排风井处的燃气浓度先维持不变,之后随着时间的推移逐步降低;综合管廊通风时,管廊夹层不会出现燃气积聚的现象。     

综合管廊燃气舱燃气报警器安装间距的研究

为了保障综合管廊燃气舱安全运行,用Fluent数值模拟分析换气次数、安装间距和泄漏口孔径与形状对报警器响应时间的影响,并开展实体实验验证。结果表明:燃气舱维持6次/h正常通风是必要的;当管廊内燃气泄漏量较大时,事故通风应采取"先低速,后高速"的通风方式;燃气报警器安装间距为15 m是合理的;对于圆孔泄漏口,泄漏初始到报警器报警的时间随着孔径的增大而变短;条缝泄漏口比圆孔泄漏口报警时间更短。     

综合管廊坡度对燃气泄漏扩散影响研究

利用Fluent 软件研究纵向坡度为0̊ 、5̊ 、10̊ 、15̊ 和不同通风方向情况下,燃气舱内发生小孔泄漏从正常通风到报警器响应切换事故通风的过程。结果表明：燃气泄漏扩散方向与坡度和通风方向有关,事故通风后扩散方向与通风方向相同,距离泄漏口30 m 以上扩散速度与坡度呈正相关。通风方向相同,坡度越大报警器响应时间越短。各坡度下根据首先响应两个报警器的响应时间均可初步判断泄漏源位置。对于甲烷报警器的布置,建议坡度增大时可以适当降低该侧壁报警器的布置高度。     

国内综合管廊燃气舱安全研究综述

从泄漏扩散、火灾消防、爆炸、监控、报警与通风等方面,综述综合管廊燃气舱安全的研究成果。根据燃气舱泄漏扩散研究,指出燃气舱中天然气管道泄漏研究不仅要考虑管道泄漏口的方位、大小、运行压力及可燃气体探测器报警时间等因素,还应考虑事故工况下通风变化和管道内压力变化;在大量泄漏时,仅依靠通风不能完全保证舱室安全,需要截断和放散措施相结合。根据受限空间气体爆炸现有研究成果,指出燃气舱爆炸事故的模拟研究中应考虑障碍物影响和舱室狭长结构的特点,否则模拟结果存在较大偏差;爆炸冲击波强度较高,必须采取措施防止或抑制爆炸。建议适当提高管道截断时对应的舱内甲烷体积分数设定值,在燃气少量泄漏但无爆炸风险时,管道可继续输气。     

综合管廊燃气舱燃气管道泄漏扩散规律研究

利用Fluent对管廊的三维模型进行模拟并搭建实验台,用N2和CO_2分别代替燃气和空气,实验验证Fluent的模拟结果。重点研究燃气的泄漏扩散规律及泄漏口压力、孔径、朝向等因素对扩散的影响。结果表明:未通风时燃气以波峰波谷的形式对称扩散,且有浓度分层;泄漏口压力对燃气浓度的影响较大;泄漏口孔径对燃气扩散半径和浓度影响较大;泄漏口朝向对燃气浓度的影响较大,泄漏口位于防火分区中心比位于两端更危险;通风后燃气不再以波峰波谷和对称的规律扩散,通风次数越多,燃气越易在泄漏口下游积聚。建议通风时先低速再高速。     

综合管廊水气共舱情况下的燃气泄漏研究

将燃气管道敷设在综合管廊中可以有效避免第三方破坏和管道腐蚀穿孔导致的燃气泄漏事故,但燃气管道需要建造独立舱室,其经济性受到很大影响。根据早期的工程案例,提出了水气舱概念,将给水再生水管道与燃气管道共舱敷设。使用基于CFD原理的数值仿真软件Fluent,对管廊内燃气发生泄漏情况下的扩散规律进行了研究,得到了水气舱通风中断时甲烷气体的积聚规律,可为实际工程中事故抢修提供参考,并对目前单一燃气管道舱应急响应措施的标准进行了验证,该应急措施可以应用并能够保障水气舱的安全,研究结果有助于有关方面工程设计方案扩展和相关规范的完善。     

综合管廊燃气舱管道压力对泄漏的影响

针对长×宽×高为200 m×1. 8 m×2. 2 m的燃气舱(舱内布置DN 150 mm燃气管,泄漏孔直径为10 mm,方向竖直向上),在换气次数为6 h~(-1)条件下,对不同管道压力条件(管道压力1:4. 0 MPa,管道压力2:1. 6 MPa,管道压力3:0. 4 MPa,管道压力4:0. 01 MPa)下天然气的泄漏进行数值模拟。天然气的泄漏与管道压力关系密切,管道压力越高,相同泄漏时间内影响范围越大。泄漏发生后,4种管道压力条件下,泄漏孔正上方燃气舱顶部天然气体积分数迅速升高,且在1s内就达到1%。管道压力1条件下,该位置天然气体积分数3 s达到5%。管道压力2条件下,该位置天然气体积分数5 s达到5%。管道压力3条件下,该位置天然气体积分数15 s达到5%。管道压力4条件下,该位置天然气体积分数不会达到5%,基本维持在3%左右。     

综合管廊舱燃气泄漏集聚模型实验与数值模拟研究

为研究综合管廊内燃气泄漏时燃气在防火门附近和管廊夹层的集聚,用氖气代替燃气在模型实验台进行实验研究,并用数值模拟验证氖气代替燃气的可行性,提出在管廊防火墙最高处增设防火风口和在管廊夹层敷设诱导风机的建议,并模拟该方法下燃气集聚的改善效果。结果表明：泄漏口位于防火门上游侧时,靠近防火门上游和下游上部均出现燃气集聚现象;泄漏口直径的增大加剧燃气的集聚;燃气管道压力越大,燃气泄漏浓度和扩散波动程度越高;在管廊夹层死角处也会形成燃气集聚;防火门上方加设防火风口和管廊夹层内敷设诱导风机能有效改善防火门附近和夹层的燃气集聚情况。     

地下综合管廊燃气泄漏数值模拟研究

基于规范对管廊独立舱的要求,利用Fluent软件分析综合管廊内燃气泄漏扩散,研究泄漏孔径、通风条件及泄漏速度对燃气扩散的影响。结果表明:燃气在泄漏时会出现浓度分层分布现象;无通风时,舱内燃气呈对称分布,大部分区间内燃气扩散距离与时间呈正相关关系;有通风时,受空气中涡流移动的影响,扩散明显偏移,舱室左侧顶部空间燃气质量分数几乎为0,而右侧则趋于定值,且其甲烷质量分数与泄漏时间满足Boltzmann函数关系;燃气泄漏距离和浓度随泄漏孔径、泄漏速度的增大而增大。     

多孔结构对地下综合管廊燃气爆炸的抑制效应

地下综合管廊应用广泛,燃气泄漏致爆的冲击荷载会对管廊结构内外造成严重破坏。为降低地下综合管廊燃气舱内的爆炸危害,利用Fluent软件对内置多孔结构燃气舱内甲烷/空气预混气体的爆炸过程进行模拟,从管廊内燃气舱结构抗爆角度研究孔隙率分别为40%、50%、60%时的爆炸传播规律、温度抑制效应及爆炸超压衰减效应。基于熄爆参数指标,从爆炸超压和火焰温度两方面综合评估多孔结构对爆炸的抑制效果。结果表明：当多孔结构的孔隙率大于58.4%时,其对爆炸传播的抑制机制占主导作用,能有效抑制爆炸的传播;抑制效果与孔隙率参数存在线性关系,内置孔隙率越大的多孔结构工况对爆炸扰动越显著,最大温度可抑制8%,最大超压可衰减38%,最大速度可降低33%。     

隧道爆破下底部脱空埋地输气管道的动力响应

以下穿兰成渝输气管道的仙女岩隧道爆破为背景,建立包括管道脱空区在内的隧道爆破三维动力有限元模型,研究爆破地震波引起的不同脱空长度下埋地输气管道的动力响应规律.结果表明:埋地管道下部脱空时,爆破振动作用下管道底部的振速峰值和位移峰值均大于管道顶部,且二者沿管道轴线以脱空中心为对称点呈逐渐减小的趋势;随着脱空长度增大,管道...     

地下室天然气供应的安全措施

从对地下室的要求、燃气管材的选用、燃气设备的选型、焊接质量、通风要求、紧急切断和报警系统、放散管设置、泄压面设置、燃气管道投入运行后的管理等方面阐述了保证地下室安全用气的措施。     

气体分布规律的试验研究

通过二氧化碳气体模拟可燃气体在共同沟内泄漏的模型试验,分析了气体释放量、释放时间和测量距离对气体摩尔组分浓度分布规律的影响,建立了气体摩尔组分浓度在共同沟内分布规律的计算公式,计算结果表明公式的精度能够满足工程要求,为带有燃气的共同沟安全设计提供了试验依据。     

考虑盾构隧道纵向应力松弛的环缝渗漏水计算分析

为揭示盾构隧道环缝渗漏水演变过程及其影响因素,基于裂缝渗流模型推导盾构隧道管片环缝渗流量计算公式,进一步考虑隧道纵向应力松弛的影响,建立环缝渗漏水演变的时变状态模型,结合算例进行环缝渗漏水演变规律探讨和参数敏感性分析。结果表明,盾构隧道渗漏水量随着环间张开量增大或者外部水头高度的提高而增大,随着环间接头刚度的增大而减小。张开量对环间渗漏水的影响较为敏感,隧道顶部的渗流量始终小于底部。盾构隧道纵向应力越低,隧道渗漏水现象越明显。当纵向应力由3.2MPa衰减为1.2MPa时,渗流量增长为原来的12倍,且不同部位的环间渗流量差距逐渐扩大,隧道底部的渗流量约为顶部的2倍。在隧道纵向应力松弛后,纵向连接螺栓复紧将极大地降低环缝渗漏水量,螺栓复紧导致环缝渗漏量减小为原来的80%,导致纵向应力达到稳定状态后的环缝渗漏量减小至原来的20%以下。工程实践中,应重视盾构隧道纵向应力松弛对衬砌环间防水性能的影响。     

液氨罐车车载水喷雾装置泄漏扩散及喷淋实验研究

设计并搭建了一套液氨车载水喷雾装置,用于研究液氨罐车操作箱内介质泄漏扩散规律和水雾抑制效果。首先,通过泄漏扩散实验对泄漏口的高度、泄漏方向和泄漏压力进行三因素三水平正交实验分析,研究各因素对氨气浓度分布的影响。实验表明：泄漏高度44 cm、泄漏方向朝上、泄漏压力0.3 MPa,操作箱内出现最危险工况,顶部氨气体积分数8.5 s内达到83.12%。其次,通过水喷雾抑制实验进行了喷嘴口径、雾化角度、喷水压力以及双喷嘴间距的四因素三水平正交实验分析,探索各因素对水雾抑制效果的影响规律。实验表明：各因素对水喷雾系统抑制效果影响的主次顺序:喷水水压＞喷嘴间距＞雾化角度＞喷嘴口径。水喷雾装置最优的选型方案为：喷嘴口径0.3 mm、雾化角度90̊、喷水水压10 MPa、喷嘴间距26 cm,采用该方案1.8 s内氨气浓度迅速抑制到2.16%,可显著降低爆燃风险。     

管线渗漏水范围对浅埋隧道围岩变形和破坏的影响

 管线渗漏水是城市浅埋隧道施工安全事故的重要诱因,明确管线渗漏水对浅埋隧道围岩变形和破坏的影响规律是安全事故防控的基础。针对VI级围岩浅埋地铁隧道,采用平面应变模型试验研究管线渗漏水范围对围岩变形和破坏的影响规律。试验结果表明：(1) 管线渗漏水作用下,隧道尚未开挖就产生明显的地表沉降,随着渗漏水范围的增加,地表沉降值和沉降范围也随之增大,但当管线渗漏水范围到达拱顶后,其继续增大对地表沉降的影响程度明显减弱。(2) 管线渗漏水作用下,隧道开挖前地表即产生明显的竖向裂缝,随着地表沉降的增加,裂缝的深度和宽度均同步增加;隧道开挖后,地表竖向裂缝的深度和宽度随地表沉降的变化速率较隧道开挖前有所减小。(3) 管线渗漏水范围越大,隧道开挖后造成地层破坏的程度越剧烈;小范围管线渗漏水情况下,管线渗漏水范围对围岩破裂面形状的影响不大;中等范围和大范围管线渗漏水情况下,管线渗漏水范围的包络线和围岩破裂面高度吻合,且破裂面相对于无渗漏水影响的情况更为陡峭。     

基于多因素的城市燃气管道泄漏警戒区域模拟研究

以城市燃气管道泄漏应急救援警戒范围为研究对象,建立区域典型场景,设置管道压强、泄漏时长、风速、气温、日照辐射强度等5组单变量场景组合,模拟管道破损、可燃气体泄漏扩散行为。提出将影响范围"稳态到达时间"与影响范围大小一并作为特征指标,分析不同变量对特征指标的影响。结果表明,在各单变量场景组内,吸入毒性范围值最小;易燃范围值最大,各级易燃范围略大于爆炸破坏范围。横向对比各单变量场景组,在连续泄漏时,泄漏时长与吸入毒性、易燃、爆炸破坏等3个危险影响范围值和稳态到达时间不相关,仅对影响范围的维持时长有影响;管道压强、风速、环境气温、日照辐射强度等参数对2个特征指标的影响程度为:管道压强>风速>日照辐射强度>环境气温;在单变量对比条件下,各危险影响范围值和稳态到达时间随管道压强、环境气温增大而增大,随风速或日照辐射强度的增大而普遍减小;得出各变量不同取值对2个特征指标的量化影响和变化规律;对比得出连续泄漏、瞬时泄漏2种气体泄漏形式事故场景的不同规律。同时有针对性分析提出消防救援队伍处置城市燃气管道泄漏事故应注意的重点。