城市埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对城市埋地天然气管道穿孔泄漏扩散问题,结合有限容积法,利用Gambit 2.4建立了天然气管道不同泄漏位置的CFD仿真模型,利用Fluent 6.3分别对天然气管道上部、下部及背风侧3种泄漏工况下,气体在土壤中和空气中的扩散规律进行了数值模拟。研究结果表明,下部泄漏在土壤和空气中的危险范围最大,关闭泄漏管段两端阀门以后,气体扩散危害范围逐渐变小。研究结果为城市埋地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。     

含硫天然气管道泄漏事故数值模拟与分析

高含硫天然气管道在运行过程中由于腐蚀等原因经常会发生孔口泄漏事故,对周围人身安全和环境造成危害。利用CFD软件Fluent对有风状态下高含硫天然气管道发生孔口泄漏后CH4和H2S的扩散情况进行了数值模拟。结果表明,CH4受浮力影响向高空扩散趋势明显,其爆炸范围集中在泄漏口附近;H2S由于初始动量较大,在泄漏孔口附近会向高空扩散,但随着动量的减少和扩散距离的增加,在重力的作用下会逐渐降落到地面附近;对比3m/s和1m/s风速情况下CH4和H2S的扩散情况,在1m/s风速下CH4的爆炸范围会略有增加,高浓度H2S会达到更高的范围,且靠近泄漏口附近的地面浓度会更低。     

埋地天然气管道防腐技术

随着石油天然气管道工程建设的发展,管道防腐技术不断提高,防腐涂层领域也取得了许多成果,各种新材料、新技术不断涌现,形成了现代天然气管道防腐体系。管道防腐涂层新技术主要有双层熔结环氧粉末防腐技术、热喷涂防腐技术、喷涂聚脲弹体技术以及改性聚乙烯防腐层技术。     

浅谈埋地天然气管道的防护

随着天然气工业的发展,国内天然气管道建设在迅猛增长。防腐蚀措施是管道建设的重要组成部分,在管道建设中应予以充分重视。文章就天然气管道的有效防腐蚀措施作了较为全面的论述,着重介绍了性能较好的几种涂层的优缺点及涂敷工艺,对阴极保护及有机覆盖层与阴极保护的关系也作了详细的阐述。     

悬空长输管道地震反应模拟分析

为研究悬空长输管道在地震载荷作用下的动力响应,利用大型通用有限元软件ABAQUS进行数值模拟。综合分析了地震载荷作用下悬空管道的应力状况和变形特征,同时考察了悬空长度、土壤参数和管径大小以及管壁厚度等参数对悬空管道动力响应的影响。研究结果表明:管道壁厚、悬空长度、土壤参数和管径大小都会对埋地管道的地震反应产生较大影响,其中管径的影响最大;在一定的管径范围内,随着管径的增大,峰值应力及峰值位移会逐渐减小,当到达临界值后,峰值应力会随管径增大而增大。研究成果为悬空长输管道的设计、安全维护及科学管理提供了参考依据。     

高压天然气管道内水合物浆液流动特性的数值模拟

高压天然气管道内水合物的沉降堆积会引发严重的安全问题,而理解水合物浆液流动特性是解决问题的关键。文中运用计算流体力学的方法,利用FLUENT软件对高压直管内水合物浆液的流动特性进行数值模拟,探究入口压强、水合物颗粒体积分数、水合物颗粒粒径和水合物颗粒密度对水合物浆液流动特性的影响。结果表明,在高压天然气管道内,水合物颗粒会沿着管道壁面在近壁面区域发生沉降堆积,且其沉积程度会随着入口压力,颗粒体积分数,水合物颗粒粒径的增大而增加,而水合物颗粒密度对其沉积特性整体影响较大。     

天然气管道注氢掺混过程数值模拟研究

将氢气掺入已有天然气管道混合输送,被视为低成本转运绿色氢能的重要手段。利用计算流体力学方法数值研究了不同浓度氢气注入天然气管道后的混合过程,对比分析了不同注氢位置、不同注氢管径以及不同注氢量对均匀掺混距离的影响。结果表明：相较于从管道上部或下部注入,从管轴注入达到均匀混合的距离最短,这与注氢口下游气流的湍动强度有关;当从中部注入时,随着注氢管径的增加或注氢量的减小,管内气流湍动强度增强,均匀混合所需的距离缩短。因此,在工况允许的条件下,将注氢口伸至天然气管道管轴处,并适当增大注氢管径,可以实现较快的均匀掺混。     

埋地原油管道稳态泄漏数值模拟

埋地管道泄漏常发生在地面以下,因此准确预测管道泄漏的污染范围和泄漏量可以为后期制定应急抢险方案提供理论支撑,也是建立科学高效的应急管理平台的关键。目前针对输送压力对原油泄漏扩散范围的相关研究报道还不多见。鉴于此,以埋地原油管道泄漏事故为研究对象,采用计算流体力学方法,建立了埋地原油管道稳态泄漏三维物理模型和数学模型。利用FLUENT软件模拟了输送压力为4、8和12 MPa下原油在土壤中的泄漏扩散分布范围和速度场。模拟结果表明:三种压力条件下,原油在土壤中的运移趋势相同,泄漏初期为苹果状,逐步发展为灯泡状,最后呈现花瓶状;扩散范围随着输送压力的增大而增大,管道输送压力从4 MPa提升至8 MPa和12 MPa,扩散距离平均提升22%和38%,但泄漏扩散范围的增速逐渐放缓;原油在非饱和区的纵向扩散能力强于横向扩散能力,平均纵向扩散深度是横向扩散宽度的144%。研究结果可为埋地原油管道制定应急抢险方案提供理论支撑。     

埋地管道小泄漏模型及数值求解

随着全国范围的天然气管网逐渐形成,管道运行安全管理的重要性日益突出。在气体单相渗流理论的基础上,结合高速非达西渗流理论,建立了埋地管道发生穿孔小泄漏后在土壤中渗流的数学模型。利用有限体积法对控制方程做离散,以三对角阵（TDMA）和交替方向隐式线迭代法（ADI）对离散方程进行求解。结合实验研究,得到了适用于地表土壤的高速非达西渗流系数经验公式和土壤变形压力修正公式。采用该修正公式计算得到的压力分布与实验结果吻合较好,证明了数值模型的正确性。     

天然气管道系统地震响应分析

天然气、液化石油气管线系统遭到地震破坏，会引发严重的火灾、泄露、爆炸、污染等次生事故，造成巨大的经济损失和人员伤亡，因而确保这些管系的抗震安全是极其重要的。为此，对一段天然气管道系统的地震激发的动态响应进行了分析。采用有限元建模方法，考虑了管系的复杂支撑、吊架、管系设备、弯头的影响，计算出了三维EIcentro地震激发的管系模态，管系位移、转角响应幅值，以及地震激发的管系模态响应系数。从计算结果看出，地震对管系的动态特性有着重要影响，在管道设计时应该对此加以考虑，并提出了提高管系抗震的措施。     

埋地输气管道腐蚀失效故障树分析

腐蚀是引起埋地输气管道泄漏和破裂的主要因素。针对引起埋地输气管道腐蚀失效的各个因素进行系统分析，建立以埋地输气管道腐蚀失效为顶事件的埋地输气管道腐蚀失效故障树，结合管道腐蚀破坏机理和故障树分析方法，分析导致管道腐蚀产生的因素，得到故障树的各阶最小割集和引起埋地输气管道发生腐蚀失效的主要因素，并提出了相应的措施以提高埋地输气管道的可靠性。     

逆断层作用下埋地管道的模拟计算

文章基于应变的设计理念,采用壳单元等效边界模型,利用AN SYS软件实现了断层作用下埋地管道的抗震校核计算,并对断层作用下埋地管道的变形影响因素进行了分析,结果表明:断层错动量大小是影响管道变形的主要因素,管道的峰值应变随错动量的增加呈近似等倍数的线性增加;管道与断层交叉角度的不同会导致管道产生不同的失效形式,在倾角为75°的逆断层作用下,管道与断层交叉角度小于55°时表现为拉伸失效,交叉角度大于85°时表现为压缩失效;随着管道埋深的增加,管道的峰值拉伸、压缩应变均有所增加;提高管道壁厚可以使管道以较低的轴向应变为代价来吸收更多的应变能,因此提高管道壁厚可以降低管道的峰值应变。     

爆炸载荷对埋地输气管道的动力响应和极限载荷分析

定量分析临近管道爆破对埋地输气管道产生的动力响应有助于合理制定输气管道的安全保护措施。利用LS-DYNA 3D有限元程序,根据准静定理论计算爆腔半径,在爆腔内壁施加压力时程,建立了爆腔-岩土介质-输气管道动力相互作用模型,基于多种工况下的数值模拟分析,探讨了埋地输气管道动态响应过程中管道质点速度和动应力峰值分别和装药量、爆心距的关系,以两倍弹性斜率准则确定管道在特定工况下的极限载荷,进一步建立了装药量和施工安全距离的经验关系式,此式可以作为输气管道在近距离爆破施工条件下的破坏判据。该模型为埋地输气管道在第三方荷载作用下的风险评估提供了一个计算平台,对埋地输气管道的设计、施工和完整性管理具有一定的参考价值。     

海底热油管道停输温降的数值模拟及影响因素

为研究海底热油管道的停输温降,建立海底热油管道传热计算的二维简化模型,通过结构化网格细化"钢管-保温层-钢管"3层结构,得到在正常工况下海底热油管道周围的海泥温度场,并以此为基础研究海底热油管道停输温降的影响因素,对海底热油管道的设计和生产管理有一定的指导意义。     

埋地输气管线腐蚀综合评价

为了保证输气管道的安全平稳运行,通过对某沙漠地区输气管线的腐蚀情况进行综合评价,包括PCM检测,阴极保护有效性检测,管体内腐蚀缺陷检测、成像与剩余强度评价以及剩余寿命评价。结果表明,该埋地输气管线的外防腐层存在漏点80个,阴极保护全部达标,管体外表面腐蚀是由防腐层破损而引起的,管体壁厚减薄处最小值为5.45 mm,该管道腐蚀缺陷在接受范围内,管道平均腐蚀速率较低。     

海底输气管道泄漏扩散模拟及正交试验分析

为研究海底输气管道泄漏扩散的规律,对泄漏事故后果预测提供参考,采用正交试验法对影响海底泄漏天然气扩散规律的气体泄漏速度、洋流速度和泄漏孔径尺寸3个主要因素进行分析。选取L₉(3⁴)正交表设计试验方案,利用计算流体力学(CFD)软件对泄漏天然气在海水中的扩散进行模拟试验,使用综合比较法与方差分析法确定了影响气体扩散范围和到达海面时间的影响因素的主次关系与显著情况。结果表明,上述因素对气团形态、气体与海水混合程度,气体到达海面时间及扩散范围等均有影响。泄漏速度与泄漏孔径尺寸为影响泄漏气体到达海面时间的显著因素; 洋流速度与泄漏孔径尺寸影响泄漏气体扩散范围,但二者都为非显著因素。综合考察泄漏扩散的试验指标,泄漏孔径尺寸与洋流速度为影响结果的显著因素,泄漏速度为非显著因素。     

海底悬跨管道地震作用下水动力模型的数值分析

提出地震作用下海底悬跨管道周围流场变化的计算方法,并基于海底悬跨管道水下振动台模型试验条件,建立有限元离散模型,开展试验工况的数值仿真计算,验证了海底悬跨管道地震作用下流体动力分析模型的可行性。并借鉴波流作用下海底管道水动力计算的Morison方程,开展了地震作用下水动力系数影响因素和规律的数值仿真研究。     

埋地天然气管道断裂故障诊断分析

埋地天然气管道在使用过程中环焊缝处由于各种原因容易产生裂纹,导致管道失效。对某天然气管道的开裂段取样,进行宏观形貌检查、微观断口分析及化学成分检测。结果表明,断裂管段材料中Cr含量较标准要求值偏低,且开裂位置存在未焊透缺陷是天然气管道开裂的主要原因。有限元分析结果表明,管道材料在应力载荷及腐蚀的共同作用下,管道环焊缝未焊透处将产生裂纹．该裂纹会随时间增加而不断扩展,最终导致管道失效。建议在管道的实际运行过程中,要加强监测并做好预警措施,避免因泄漏导致事故的发生。     

埋地钢质燃气管道地面检测干扰因素分析及对策研究

对埋地钢质燃气管道实施定期检测是有效确保管道安全运行的必要手段。由于城市道路不允许随意开挖,因此,目前对埋地燃气管网的腐蚀状况通常采取地面检测的手段。文章主要从检测技术、管道及其附属设施的工作状况、交流干扰、人员素质、土壤环境、城市环境等几个方面分析和探讨了城市埋地管道地面检测过程中存在的各种干扰因素及其作用机理和作用方式,提出应通过开展检测前环境调查、科学组合检测技术、配备先进的检测设备、提高检测队伍的整体素质、政府和企业相互协调配合等多种渠道有效排除干扰,提高对城市埋地钢质燃气管道的检测精度,并对我国埋地钢质燃气管道检测技术的发展前景提出了建设性的展望。     

埋地输气管道穿孔泄漏扩散浓度的数值模拟

基于有限容积法,建立输气管道泄漏扩散模型。以天然气管道为例分析了管道穿孔泄漏的原因,并进行数值模拟,得出了不同时刻模拟区域内天然气云团的扩散特性,给出了不同时刻爆炸浓度范围。结果表明：埋地天然气管道泄漏后,随着扩散时间的增加,近地面附近区域受气体危险浓度作用时间较长,影响程度较大。该成果为管道安全抢修提供理论指导,也说明应用数值方法模拟埋地燃气管道泄漏扩散规律是可行的。