高压天然气管道泄漏瞬态数值模拟研究

为建立更接近实际情况的天然气管道泄漏模型,提出将泄漏口看作管道元件进行处理,并利用节点平衡方程对泄漏口速度做瞬态求解,建立了基于高压天然气管道泄漏瞬态计算的等效模型。针对关闭ESD阀(紧急切断阀)后的管道放空阶段,将所建立的非稳态泄漏模型计算结果与TGNET软件计算结果进行对比,气体泄漏率计算误差为4.13%,管道放空时间计算误差为0.4%,满足实际工程的精度要求,验证了本文建立模型的可行性,计算结果可为制定应急预案、事故处理提供理论指导作用。     

输气管道故障诊断中的实时模型法

天然气在管道输送过程中，由于一些自然因素和人为因素，不可避免地会有管道泄漏事件发生。这对社会和环境会造成巨大的威胁。而实时模型法是目前国际上被广泛研究并且运用得最多的管道泄漏检测方法，采用该方法不仅能够检测到管道运行中发生的较小的气体泄漏，而且具有定位精度高的优点。为此，对输气管道的气体进行了微元划分，在对各微元沿程散热损失、质量守恒和受力平衡进行分析的基础上，提出以管网SCADA实测参数为边界条件，以管道沿程热力、动力平衡微分方程和气体连续性方程为检测模型的输气管道泄漏检测定位方法--实时模型法。同时考虑到计算机求解时的计算精度和求解速度，采用了四阶显式格式（龙格-库塔法）来求解所建立的数学模型。应用结果表明，所给出的方法是一种可行度很高的管道泄漏检测方法。     

天然气管道孔口泄漏危险域的研

天然气管道的泄漏严重威胁到泄漏点附近的生命财产安全，管道泄漏造成的最大危险是火焰热辐射和气体爆炸。为此，通过建立泄漏率模型、气体喷射扩散模型和火焰热辐射数学模型，研究了非等温天然气管道孔口泄漏的危险范围。根据气体的着火下限和目标的热毁伤阈值得到了气体喷射和火焰喷射的危险距离，分析了输气压力、管径、泄漏率和泄漏点位置对危险距离的影响，为管道的安全建设提供了理论依据。     

天然气管道泄漏声场特性研究

根据莱特希尔理论可确定天然气管道泄漏处声源为四极子声源,用声强方程和莱特希尔气动力声方程,推导出天然气管道泄漏喷流噪声强度与喷流速度间的关系式。用Matlab软件对天然气管道泄漏声场进行数值模拟,分析了天然气管道泄漏时的声场分布及声压级。结果表明,管道内声波形成驻波且整体声压都很大,管道外为四极子声源所产生的声场,声波的辐射和衰减较快;随着泄漏孔直径D和管内运行压力p0的增大,声场声压p和声压级SPL也增大。该项研究为天然气管道泄漏的进一步研究提供了理论基础。     

基于CFD的城镇天然气管道泄漏扩散研究

针对城镇中埋地天然气管道的泄漏情况,研究了土壤、建筑物和风速对天然气管道泄漏和扩散的影响。利用CFD模拟计算软件对城镇中埋地天然气管道泄漏进行三维数值模拟,并得到了泄漏后三维空间不同截面位置处CH4的体积分数分布和爆炸范围及天然气泄漏时的人员疏散安全距离。研究结果为天然气管道泄漏事故现场人员疏散及安全抢修提供了理论依据。     

庭院燃气管网燃气泄漏扩散规律数值模拟分析

为了探究城镇庭院管网系统失稳而发生燃气泄漏时天然气在大气中的扩散规律,基于CFD理论,根据重庆某小区实际条件建立相应的几何模型,再通过三大守恒定律方程、流体力学方程和湍流模型方程对几何模型共同求解。对该小区庭院管网燃气泄漏扩散进行了模拟,分析了不同泄漏速度下天然气的扩散速度分布及天然气运动规律。研究表明,燃气泄漏速度主要呈对称分布,速度分布高度和宽度略有差别,管沟和楼宇对泄漏的天然气均有阻碍作用,天然气运动方向会在两处有突变,泄漏流中心会出现一定漩涡。     

天然气管道泄漏燃爆后果研究

天然气管道发生腐蚀泄漏后遇到明火易发生燃爆事故,研究天然气泄漏燃爆后果对制定应急方案具有重要意义。采用phast软件建立了天然气管道泄漏模型,研究了管道压力、泄漏孔径、风速等因素对天然气泄漏燃爆后果的影响。结果表明,随着泄漏孔径的增大,冲击波压力提前急剧升高,在最高点保持的距离变长,延后急剧下降,整体表现为冲击波压力破坏范围加大,燃爆冲击波影响的范围扩大,且范围扩大明显。随着分离器压力的增大,燃爆冲击波影响的范围扩大,影响范围的扩大量逐渐变小。环境风速对下风向冲击波压力几乎没有影响,对燃爆冲击波范围的影响很小。     

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天然气管道发生泄漏扩散是输气管道事故危害的根本原因，因此建立输气管道泄漏扩散的合理模型是正确评估输气管道事故损失后果的关键技术之一。通过分析高斯（Gaussian）模型、Sutton模型和重气模型等常见气体扩散数学模型在模拟天然气管道泄漏扩散过程中的局限性，结合天然气管道泄漏扩散过程的特殊性，在同时考虑输气管道孔口泄漏过程的射流作用和膨胀效应，以及重力作用和水平风速对天然气扩散的影响效果的基础上，建立起了适合天然气管道泄漏特点的扩散模型。该模型从考虑因素的合理性和气体泄漏边界条件的选取上都更加符合天然气管道泄漏扩散过程的实际情况。此外还对新建模型的科学合理性和使用可靠性进行了算例模拟分析检验。     

高压天然气管道泄漏扩散的孔口特征研究

选择天然气管道舱的一部分,在天然气管道的泄漏孔上方建立80×2.1m的关于泄漏扩散的物理模型,通过三大基本方程、组分输运方程和湍流方程建立其数学模型,模拟初始条件为舱室内的天然气浓度为0,以管道上泄漏空的泄漏速率为边界条件的天然气管道在不通风条件下的气体泄漏扩散情况,研究泄漏孔口面积和分布状态对泄漏扩散的影响。结果表明:泄漏孔口面积越大,泄漏速率越快;泄漏面积相等时,泄漏孔口越分散,扩散进行的越慢。     

掺氢天然气长输管道泄漏扩散规律数值模拟

目的探究多因素耦合下掺氢导致的天然气长输管道泄漏扩散规律。 方法以西气东输二线工程为研究对象,采用Fluent软件建立管道二维平面泄漏扩散模型,通过单因素和多因素耦合分析掺氢比、泄漏孔径、风速和大气温度对掺氢天然气泄漏扩散的影响。 结果随着掺氢比增加,甲烷扩散区域的质量分数和宽度减小,而氢气则相反;随着泄漏孔径增大,掺氢天然气扩散的质量分数和范围增加;随着风速增加,掺氢天然气泄漏后扩散的质量分数增加,且分布逐渐向下风向偏移,而扩散高度减小;大气温度对掺氢天然气泄漏扩散的影响不显著。不同因素对掺氢天然气管道泄漏扩散范围的影响程度为:泄漏孔径＞风速＞掺氢比＞大气温度。 结论4种影响因素中,泄漏孔径对掺氢天然气管道泄漏扩散的影响程度最大,因此应重点防范掺氢天然气管道因腐蚀等因素引起的管道开裂、穿孔引起的泄漏。      

高含硫场站泄漏封堵工具研究及效果评价

酸气泄漏是元坝高含硫气田开采过程中把控的重点,酸气泄漏之后需要立即隔离,对泄漏部位进行泄压处置,为保障法兰堵漏作业过程中的人身安全及维护场站生产运行,减少因法兰密封件失效发生渗漏以及泄漏时需关停井处理的频次,或者金属管道四孔法兰需要进行等电位线跨接时避免易燃、易爆、剧毒性的高含硫天然气泄漏带来安全风险,本堵漏技术研究提出一种适用于高含硫气田金属管道法兰泄漏的堵漏工具,该工具能够有效使泄漏部位或者是可能出现泄漏的部位阻止含硫天然气泄漏,减少因此类问题引起的关停井,保障气井正常生产,减少产量损失。     

输气管道泄漏音波传声特性及泄漏识别

介绍了音波泄漏检测与定位的基本原理,研究了管道泄漏音波的传声特性,利用输气管道泄漏检测平台进行了不同输气压力下不同泄漏孔径的泄漏检测试验,分析了不同条件下的声谱特征。根据管道泄漏音波不同信号特征量建立不同条件下的隐马尔可夫模型,对管道泄漏进行了分类识别。试验分析结果表明,该方法有较好的识别率,隐马尔可夫模型应用于输气管道泄漏识别是可行的,且比支持向量机具有更高的识别准确率。该方法为天然气管道泄漏的进一步研究提供了理论基础。     

天然气管道泄漏声源特性及传播机理数值模拟

管道泄漏声源特性和传播机理决定了音波法在管道上的可检测性,管道泄漏引发的音波能量大小和其沿管道传播的衰减程度分别与泄漏口径大小、管道内压和管道长度等因素有关。以天然气管道泄漏时的气动噪声为研究对象,采用适用于高马赫数流场的MÖhring声类比对其进行模拟计算,建立了不同压力、不同泄漏孔径条件下的天然气管道泄漏噪声仿真模型,得到了天然气管道泄漏声源的相关特性,利用试验数据验证了计算模型的准确性。以该声源模型为基础,建立了音波在管道内的二维传播模型,通过模拟结果与现场试验的比较分析,表明天然气管道泄漏音波的超低频段（低于5 Hz）可在管道内传播较远距离并能被声波传感器所探测,从理论上验证了音波法在天然气管道泄漏检测领域的良好应用前景。     

海底输气管道系统定量环境风险分析探讨

对海底输气管道系统天然气泄漏的环境风险进行了初步的定量分析,计算了不同破损情况下天然气的泄漏速率、发生泄漏后天然气在海面的浓度分布、天然气燃烧热辐射危害阈值12.5kW/m2对应的危害半径和天然气爆炸冲击波危害阈值0.010MPa对应的危害半径,可为制定天然气泄漏应急预案提供参考。     

城市燃气管道事故综合风险评价

为确定城市燃气管道分布的合理性,对事故及事故安全隐患进行分析,提出了基于降灾因子的事故概率综合风险评价方法。通过分析燃气管道非稳态泄漏过程及非稳态泄漏率不定常的特点,以湍流扩散微分方程为基础,研究了多态参数动态非定常泄漏及动态扩散计算数学模型,并运用格林函数得出了其相应经验解析公式;分析了基于燃气抬升性条件下的燃气泄漏火灾爆炸事故的概率伤亡风险模型;以实际案例为基础,获得了其管线最大风险下的最小个体安全距离及最大社会风险曲线。     

天然气管线泄漏扩散及危害区域分析

对天然气扩散浓度进行研究，可以解决泄漏气体沿地面扩散所形成的危险区域预测问题，为管道运行和抢修提供安全保障，对于输气管线的风险后果定量分析具有重要的意义。为此，考虑到天然气泄漏扩散的特殊性，选取高斯模型作为扩散危害基本模型，给出了非正常泄漏状态下模型的修正函数。结合3种典型的泄漏扩散事故情景，模拟分析了天然气职业接触浓度限值和爆炸上、下限浓度所对应的扩散距离和危害区域面积；此外还对比分析了风速、泄漏孔径及泄漏时间等因素对扩散危害面积的影响。算例结果表明，管道发生连续泄漏时，危害区域的面积随风速的增大而减小，随泄漏孔径的增大而扩大。发生大规模瞬态泄漏时，在泄漏初期，人员产生不适症状的危害区域及爆炸危险区域都随时间的增加而逐渐扩大；随着时间的延长，泄漏气体不断被空气稀释而使得浓度降低，若时间足够长，危害区域将不再存在。     

基于ALOHA 的输气管道泄漏危害范围研究

为提高输气管道泄漏危害范围的预测精度,以便在管体泄漏发生时快速合理的设置警戒区域。通过控制变量法,利用ALOHA软件对输气管道泄漏事故进行动态模拟和后果趋势分析,并结合多元线性回归拟合影响因素与伤害距离的关系。结果表明,管道长度、管道压力的增大会使管道泄漏导致的危害范围增大,随着泄露孔径的增大,危害范围呈现先增大后减小的趋势,风速增大、地面粗糙度的增加,有利于减小泄漏导致的危害范围;多元线性回归的拟合精度较高,平均相对误差为2.15%;单因素分析表明,泄漏孔径、管道长度、管道压力、风速对泄漏导致的危害范围影响显著,而地面粗糙度对危害范围的影响不显著;通过在最不利条件下进行实地模拟,发现室内外的甲烷扩散体积分数超过了AEGL-1的极限值,说明居民区与管道的安全距离不够,应扩大安全距离或采取其他必要的防护措施。研究结果可为输气管道泄漏事故的有效预防和应急处理提供实际参考。