高压天然气管道泄漏及事故危害规律研究

天然气长输管道泄漏扩散的基本理论,全面分析了影响天然气泄漏扩散的因素;建立了天然气长输管道泄漏模型,对不同影响因素下天然气泄漏的压力场、速度场、浓度场以及危险区域进行了模拟分析,阐述了不同工况下天然气长输管道泄漏的规律;通过模拟对比分析了不同泄漏孔径、不同泄漏压力对泄漏区域的影响;模拟分析了气体中含硫化氢和泄漏区域有建筑物时的泄漏规律。     

天然气泄漏扩散规律的CFD仿真

天然气管道泄漏后气体的扩散受到管道运行情况和周围环境的影响,气体在泄漏孔处的喷流规律较为复杂,以CFD方法为基础,使用ANSYS软件对泄漏点及其周围环境进行建模,对不同工况进行模拟,分析运行压力、风速和泄漏孔径对气体扩散的影响,从而得到天然气管道泄漏后气体的扩散规律,证明泄漏范围与输送压力和泄漏孔径成正相关,风向和风速分别影响泄漏云的扩散方向和扩散速度。     

考虑障碍物分布和风速影响的天然气泄漏扩散研究

采用FLUENT软件对不同风速和障碍物分布下的天然气泄漏扩散进行了数值模拟。得到了甲烷在不同障碍物分布、风速影响下的扩散规律和甲烷的浓度分布规律,为有效预测天然气泄漏扩散的影响范围提供了依据。结果表明,在泄漏孔附近浓度和速度都很大,风速越大,天然气往下风方向输送的作用越明显;天然气的泄漏速度对扩散有明显的影响,速度越大扩散的高度越高;受障碍物高度的影响,扩散主要表现为天然气沿着障碍物壁面扩散和天然气发生偏转;受障碍物到泄漏孔距离的影响,天然气扩散主要表现为迎风面对天然气的阻挡作用。     

架空天然气管道泄漏数值模拟

以计算流体力学软件为基础,利用组分输运模型,建立了天然气泄漏扩散控制方程,对高含硫架空天然气管道泄漏数值模拟,研究稳态泄漏和非稳态泄漏两种情况。分析了风速、重力、泄漏量、工况、输送压力等因素对天然气泄漏后扩散过程的影响,得到了硫化氢在不同工况下的扩散规律及安全区域云图。结合模拟结果,分析了高含硫天然气的泄漏扩散规律,得到了不同风速条件对架空天然气管道泄漏的影响,且其模拟结果可以为石油天然气行业制定相关应急预案及制定安全规章提供指导意义。     

气相乙烷管道泄漏扩散特征模拟分析

为研究气相乙烷管道泄漏扩散后的影响,以某公司拟建的一条乙烷输送管道为工程背景,采用CFD(计算流体动力学)软件,对不同泄漏孔径、不同风速下的气相乙烷管道泄漏进行了模拟分析,探讨其泄漏扩散特征以及危险范围的演变情况。结果表明：随泄漏孔径增大,乙烷的扩散形状发生改变,小孔泄漏扩散在土壤中的形状演变特征分为前、中、后期3个阶段,而管道全尺寸泄漏在大气中的扩散分为无风时的垂直射流扩散以及有风时的横向扩散;随泄漏孔径的增大,乙烷泄漏扩散范围变大,危险区域变大;随风速增大,乙烷全尺寸泄漏扩散高度降低,且危险浓度最远扩散距离达到峰值的时间缩短。     

基于FLUENT的城镇燃气管道泄漏扩散模拟研究

利用FLUENT对城镇燃气管道发生泄漏时的气体扩散问题进行模拟分析,得到气体在一定风速和有限空间条件下的扩散规律和甲烷浓度分布规律,指出燃气管道在泄漏口处气体泄漏速度较快,气体扩散近似自由射流,泄漏流场速度分布和甲烷浓度分布在X轴正向受到外部环境风速和泄漏孔径的影响明显,随风速和管道泄漏孔径增大气体扩散范围增大,这为充分认识城镇燃气管道泄漏扩散现象,有效预测泄漏事故范围和应急处置提供了理论依据。     

大气环境对天然气管道泄漏扩散影响的模拟

目前天然气作为清洁能源得到了广泛的应用,同时天然气的输送主要依靠管道运输,所以对天然气管道的泄漏研究显得尤为必要。当天然气管道发生泄漏后,天然气的扩散范围会受到大气环境的影响,为此本文选用基于高斯扩散模型的ALOHA软件研究了不同大气环境下天然气管道扩散的危险范围。为了验证软件模拟结果的可靠性,将软件模拟结果与公式计算值进行对比。通过ALOHA软件对不同大气环境下天然气管道泄漏后的危险区域进行模拟分析,得出大气环境中温度、风速、湿度、大气稳定度对天然气管道泄漏的影响。结果表明,ALOHA软件的计算结果是可靠的,大气温度的增加会增大危险范围,风速的加快有利于危险范围的缩小,大气越不稳定危险范围越小,湿度对于危险范围基本没有影响。     

低压天然气管道在有限空间中泄漏计算研究

在有限空间内,可燃气体泄漏扩散极其危险,甚至会引起火灾,因此对低压天然气管道在有限空间中泄漏进行计算研究意义非常重大。存在障碍物的有限空间中,气体泄漏后,在有限空间内形成的危险区域会受到风速和障碍物的影响。用流体力学软件模拟泄漏后气体形成的危险区域浓度分布情况,对模拟结果进行分析可知,危险气体扩散受到障碍物的阻碍,会在障碍物周围形成不规则的危险区域,风速不同,危险区域的大小也不同。泄漏口位置对危险区域的大小也有影响,离障碍物近的泄漏口附近,气体容易堆积,危险系数相对较高。     

不同硫化氢浓度下的天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对含不同硫化氢浓度天然气的泄漏扩散问题,采用Fluent软件进行了相应的数值模拟。模拟结果表明:泄漏气体在泄漏喷射最大轴中心处泄漏的速度最大,离轴越远速度降低越快;随着硫化氢浓度增大,气体泄漏速度降低到大小相同时所需射流高度将减小;泄漏气体中硫化氢浓度越大,其扩散危险区域范围就越大。通过数值模拟得出的相关规律对实际安全生产和应急救援提供了一定的理论依据。     

坡面天然气管道泄漏扩散数值模拟

利用CFD仿真软件对坡面天然气泄漏扩散过程进行了数值模拟,分析了泄漏扩散过程,风速及泄漏倾角对泄漏扩散的影响。研究结果表明,泄漏1 s内,甲烷主要集中在坡面附近;泄漏5 s时,甲烷已经扩散到整个区域,且浓度爆炸下限最高达到7.81 m,在地表及坡面形成了涡流;随着泄漏倾角的增加,危险区域逐渐增大;泄漏倾角为15°时,风速影响较小,泄漏倾角为10°时,风速影响较大,泄漏气体主要沿地表扩散;为天然气安全输送及紧急预案的制定提供一定的理论依据。     

埋地天然气管道泄漏激光检测影响分析

激光技术是天然气管道泄漏检测的重要手段,而泄漏扩散过程对其检测过程存在一定影响。通过建立埋地天然气管道泄漏扩散模型,模拟得到了泄漏天然气扩散特性,计算了天然气扩散光谱检测值,分析了不同检测高度、不同泄漏口大小以及不同风速对天然气扩散光谱特性的影响。研究表明:泄漏口越大,测得的光谱检测曲线越低,降低幅度在距泄漏口40 m内最为明显;有风速影响时,光谱检测曲线最低点均向下风向偏移,在距泄漏口6 m左右时光谱检测值最小。研究结果可为合理有效地进行激光检测提供参考。     

大型LNG储罐连续泄漏扩散过程影响因素的分析

考虑接收站内大型液化天然气（LNG）储罐泄漏射流、液池蒸发、气云扩散3个过程的特点,结合相平衡原理和气体连续扩散高斯模型,采用欧拉多相流模型进行数值模拟,并开展风速、泄漏速率和地面粗糙度对其影响的研究。结果表明：大型LNG储罐连续泄漏气云扩散过程按泄漏扩散的形态可分为重气扩散（气云受热）、被动扩散、稀释消散3个阶段;在LNG储罐背风面泄漏口附近形成24m区域内的回流和大尺度漩涡,该区域的风速减小了70%~80%;随着风速增加,甲烷浓度0.5LFL水平扩散距离在3个阶段分别减小了20%,增大了50%,减小了23%,且甲烷浓度为0.5LFL的水平扩散最远距离和液池扩展长度均随风速的增加而减小;随着泄漏速率的增加,射流长度、池长和池径均有所增加,甲烷浓度0.5LFL水平扩散距离在3个阶段分别增加了42m、33m和45m;随着地面粗糙度的增加,池径和池长均减小,气云前端扩散面高度分别增加了15.5m、25m和16m。另外,通过研究风速、泄漏速率、地面粗糙度3个因素对LNG气云扩散的影响,确定LNG气云扩散水平方向和高度方向上的敏感影响因素。     

城市燃气管道小孔泄漏数值仿真研究

随着城市天然气管网建设的飞速发展,城市天然气输送管网越来越复杂。城市燃气管道泄漏会造成重大的经济损失和人员伤亡,并影响到人们的日常生活。为探究城市燃气管道的泄漏规律,建立了城市天然气管道泄漏最为常见的小孔泄漏扩散模型,应用MATLAB软件编制了相应程序,对气体泄漏浓度和泄漏范围进行数值仿真,探究管内压力、风速、地形条件对气体扩散范围、扩散浓度的影响。结果表明,风速、管内压力直接影响泄漏浓度值和泄漏范围。相比于城市地形,郊区地形条件下,风速对扩散范围的影响更大,充分证明了郊区的地形更利于燃气扩散。     

采用高斯模型分析输气管道泄漏后气体的扩散

在深入分析输气管道泄露气体扩散的基础上,根据天然气扩散本身的特征和研究问题的需要,采用高斯模型确定了泄漏源有效高度,天然气扩散系数,高度与风速的关系。指出：泄漏源抬升高度与扩散气体的初始速度和方向、初始温度、泄漏口直径、环境风速的关系;扩散系数的大小与大气湍流结构、离地面高度、地面粗糙度、泄漏持续时间、抽样时间间隔、风速以及离开泄漏源的距离等因数的关系;风压高度变化系数和高度的函数关系。     

架空含硫天然气管道泄漏扩散数值模拟研究

建立了架空管道泄漏扩散过程控制方程,并对架空管道发生穿孔时的稳定泄漏和非稳定泄漏过程进行数值模拟,分析了泄漏口流速,及风速对气体扩散规律的影响,并给出了不同工况下甲烷的爆炸极限范围及硫化氢中毒范围,确定了实施营救的最佳时间.     

Numerical study on effects of the cofferdam area in liquefied natural gas storage tank on the leakage and diffusion characteristics of natural gas

The leakage and diffusion characteristics of natural gas were investigated in the condition of the leakage of liquefied natural gas (LNG) in the storage tank. Fluent was adopted to simulate the process in a series of three-dimension unsteady state calculations. The effects of different heights of the cofferdam (1.0 m, 2.0 m and 3.0 m), wind directions, ambient temperature, leakage location, leakage volume on the diffusion process of natural gas were investigated. The diffusion characteristics of the natural gas clouds over cofferdam were found. Under windless condition, when the gas clouds met, the gas clouds rose due to the collision, which made them easier to cross the cofferdam and spread out. The higher the ambient temperature was, the higher the gas concentration around the cofferdam was, and the smaller the gas concentration difference was. When the leakage occurred, the higher cofferdam was more beneficial to delay the outward diffusion of gas clouds. However, when the leakage stopped, the higher cofferdam went against the dissipation of gas clouds. Under windy condition, the time to form stable leakage flow field was faster than that of windless, and the lower cofferdam further reduced this time. Therefore, considering the effect of barrier and dissipation, it was suggested that the rational height of cofferdam should be designed in the range of 1.0 m to 2.0 m. In case of emergency, the leakage of gas should be deduced reasonably by combining the measurement of gas concentration with the rolling of gas clouds. When windless, the leakage area should be entered between the overflows of gas clouds.     

天然气水合物开采平台能量系统优化

随着世界各国对能源需求量的不断增加，急需新型能源来补充常规化石燃料的供给，天然气水合物因其分布广泛、能量密度高等特点或将成为未来主要替代能源之一。CO₂置换开采相对于其他方法可以将温室气体CO₂封存于海底，环境效益更加明显；其次天然气水合物海上开采平台通常兼具生产和生活为一体，采用经济合理的能量设备运行方案可以有效降低平台运行成本，提高经济效益。如今随着海上风电的不断开发，将海上风力发电引入海上平台的能量系统引起了越来越多的关注。本文以天然气水合物开采平台耦合甲烷重整装置的能量系统为例，以最低年总成本为目标函数建立新的能量系统优化模型，分别模拟无风能接入和有风能接入的分布式能量系统，采用MATLAB建模，利用商业求解器GUROBI进行求解，得到最佳设备运行方案，并对有风能接入的能量系统运行方案进行详细的分析。结果显示接入风能后系统的年总成本降低了21.92%，天然气消耗量降低35.41%。此外，通过灵敏度分析发现风能的最佳占比受天然气价格的影响，基于我国当前的天然气的价格，风能的最佳比例为49.56%，随着天然气价格的增加，风能的占比逐渐增大。