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。      

风力对天然气管道泄漏后扩散过程的影响研究

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，而风力是影响泄漏后天然气扩散过程的一个极为重要的因素，建立有风条件下天然气泄漏扩散的位移量计算模型是正确评估输气管道事故损失后果的关键技术之一。通过风速与风压关系的研究，确定了风速分布关系式；并结合管道泄漏扩散过程的特殊性,在考虑管道孔口泄漏过程的射流作用和膨胀效应,以及重力作用影响效果的基础上, 重点考虑了水平风速的影响，给出了在风力作用下泄漏后天然气团偏移量的计算公式，建立了三维空间内的位移量计算模型，并进行了实例计算。结果表明，风力的存在将加剧天然气的扩散，使泄漏的天然气团顺风向偏移，其偏移尺寸远大于其他两个方向，大大增加了天然气泄漏后的危害面积。     

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。     

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。     

建筑群外空间城市燃气泄漏扩散浓度场模拟

由于城市建筑群区域人口密集且扩散气象条件不利,燃气一旦泄漏,极易造成人员伤亡和财产损失,因而对建筑物群外空间燃气泄漏的扩散浓度场及其变化规律进行分析十分必要。为此,通过对城市燃气管道及泄漏过程进行合理的假设和简化分析,以三维湍流模型为基础,采用CFD软件对建筑物群外空间天然气连续泄漏源的扩散进行了数值模拟,对比分析了环境温度、湿度对天然气扩散的影响及浓度场的变化规律。案例分析的结果表明： 天然气泄漏后在竖直方向的扩散速率明显大于在水平方向上的扩散速率;随着环境温度的增加,在竖直方向和水平方向上,天然气扩散的速率均呈现出增加的趋势;随着环境相对湿度的增加,天然气在竖直方向扩散速率逐渐减缓,但在水平方向扩散速率却逐渐增加,在竖直面上扩散面积有所降低,而在水平面的影响面积逐渐增加。该研究结果可为控制和降低天然气在建筑群空间泄漏所造成的危险性提供参考。     

��Ȼ���ܵ�й©��ɢģ���о�

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。     

基于高斯模型的天然气泄漏事故模拟研究

为分析天然气泄漏事故的危险性,以天然气净化分离器为研究对象,利用高斯烟羽模型描述天然气泄漏的运动扩散规律,运用VB编程和MATLAB语言开发了净化分离器泄漏扩散模拟软件,研究光照、风速、昼夜和泄漏压力等因素对泄漏后果的影响。研究表明:光照越强泄漏扩散范围越大,并且弱光照泄漏的危害大于强光照;泄漏扩散距离随风速的增大呈现先减小后增大的变化趋势,在风速逐渐增大的过程中,存在危险风速,此时泄漏物浓度最高;白昼泄漏的影响范围要远大于夜间,但夜间天然气的泄漏比白昼更具危险性。     

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。     

天然气在大气中扩散规律的数值模拟研究

天然气管道因腐蚀穿孔等原因引起的小孔泄漏产生的信号很弱,泄漏初期很难被发现和定位,一旦天然气泄漏到大气中并达到爆炸极限,可能会造成非常严重的后果。基于计算流体力学,建立天然气管道从土壤泄漏到空气中的扩散模型,分析天然气从土壤扩散到大气后在土壤表层积聚的现象和规律。以天然气在土壤中泄漏扩散稳定后地面甲烷的浓度分布和流量为入口边界条件,研究地面甲烷质量流量、环境风速、建筑物高度对甲烷横向扩散距离和纵向扩散高度的影响。结果表明:气体在上升过程中,气团速度间断面会引起卷吸现象;随地面甲烷质量流量增加,扩散高度显著增加;随着环境风速增加,甲烷的纵向扩散高度逐渐降低,而甲烷的横向扩散距离随风速的变化近似呈线性增加关系;建筑物靠近泄漏位置的一侧会积聚大量的天然气,使建筑物两侧存在明显的浓度差,随着建筑物高度的增加,天然气扩散高度整体呈增高趋势,当建筑物高度较低时,天然气会越过建筑物顶部继续向上扩散,扩散高度反而随建筑物高度的增加而降低。     

含硫天然气管道破裂硫化氢扩散的影响分析

气体扩散过程十分复杂,受诸多因素的影响。同时,含硫天然气的运输存在一定的安全风险,因此,研究含硫天然气管道破裂后硫化氢扩散的影响范围具有重要的意义。通过对不同长度的含硫天然气管道泄漏后硫化氢扩散影响范围的分析,得出硫化氢含量,风速、破裂面积以及地形地貌对事故后果的影响规律,以期为含硫天然气管道的安全标准提供参考。     

高压管道氢气泄漏扩散行为及影响因素分析

氢气储运是氢能利用的关键环节,管道输运作为最经济的氢能输送方式,其安全性至关重要,一旦管道发生泄漏将引发爆炸事故。通过建立管输氢气泄漏扩散模型,分析了氢气泄漏后的扩散浓度、趋势和峰值高度,研究了管输压力、泄漏点孔径、外界风速、障碍物高度、障碍物间距等因素对氢气扩散的影响规律。研究结果表明,随着泄漏点孔径增大,氢气扩散范围越广;高压管道的氢气扩散高度峰值更高;在竖直方向氢气扩散高度峰值与障碍物高度成正比;风速对氢气存在升力作用,影响气体泄漏扩散方向。     

LNG泄漏扩散模拟研究

为了准确描述环境因素对液化天然气(LNG)泄漏后扩散的影响,研究和比较了各种气体扩散模型,将板模型和高斯模型相结合建立液化天然气泄漏扩散模型;重点讨论了泄漏后蒸气扩散的运动规律及重要影响因素,结合大气湍流理论和气体运动状态方程对LNG蒸汽的重气扩散和被动扩散过程进行了详细论述。运用MicrosoftVisualBasic和MATLAB语言开发了液化天然气泄漏扩散模拟软件,通过模拟不同情况下LNG泄漏的危险性区域,分析了环境因素对LNG泄漏后果的影响。将模型计算结果进行了结果分析,总结了风速和大气稳定度相互作用对液化天然气泄漏的影响规律,为该类事故的风险定量计算提供了可借鉴的方法,可为有关部门制订和完善事故的应急救援措施和风险管理提供参考。     

用修正的高斯模型计算天然气稳态扩散

天然气管道泄漏后极易引发爆炸事故,危害人民的生命财产安全。为了研究一个合理的天然气扩散计算模型,对高斯模型进行了研究,发现其计算天然气扩散的不足之处,将浮力及初始喷射等因素考虑在内,对高斯模型进行了修正,给出了在水平风速、浮力和初始喷射影响下的天然气扩散中心轴线方程,并编程计算。结果表明修正后的高斯模型明显更加符合实际情况。通过算例分析,比较了不同风速和不同管压对于扩散的影响,为实际应急指挥提供了依据。     

隧道内埋地燃气管道泄漏扩散规律研究

目的 隧道内埋地燃气管道发生泄漏后燃气易积聚达到最低爆炸极限浓度,产生爆炸危险,需要对管道泄漏后在土壤和空气环境中连续扩散的问题进行研究。方法 采用理论分析和数值模拟的方法,对土壤和空气区域中的燃气浓度进行同时连续的监测。结果 (1)小孔泄漏发生后10 min、20 min、30 min、40 min时刻甲烷体积分数值为0.05的等值线在土壤内的最大扩散半径分别为0.90 m、1.15 m、1.25 m和1.30 m,甲烷在土壤内的最大扩散半径在10～15 m之间;(2)泄漏发生约5 min后土壤内各点处甲烷浓度趋于稳定;(3)空气区域中甲烷体积分数随时间的变化分为快速增长、缓慢增长和稳定3个阶段,泄漏发生60 min后隧道顶部6 m长的区域处于爆炸极限浓度范围内。结论 隧道内埋地燃气管道发生泄漏后,燃气在土壤内扩散半径不超过15 m,相对封闭的隧道环境使得隧道顶部6 m区域处于爆炸极限浓度范围内,需加以防控。     

风速对综合管廊天然气管舱泄漏扩散影响的数值模拟

为了揭示换气通风风速对天然气管舱泄漏扩散特性的影响,本文采用Realizable k-ε湍流模型和组分输运模型对地下综合管廊天然气管舱不通换气工况下的泄漏扩散过程进行数值模拟研究。结果表明:无风时,扩散过程主要受湍流涡对及舱顶反射作用,各泄漏工况下天然气向管舱两侧对称卷吸扩散,小孔泄漏管舱内甲烷浓度分布分层现象比大孔泄漏明显,可燃气体监测报警时间呈"V"型分布。有风时,上风向区域天然气浓度逐渐降低;下风向区域大涡团失稳分裂成小涡团,湍流强度增大,卷吸作用增强,天然气呈"蜗牛"状漂移扩散。风速逐渐增大时,报警时间与泄漏口至监测点的距离成线型增长关系;风速超过3.81m/s后,天然气泄漏后迅速与空气混合稀释,管舱内甲烷浓度均低于爆炸下限的20%,可燃气体监测报警器不再报警。     

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。     

楼宇排列方式对天然气泄漏扩散影响的数值模拟

探究楼宇排列方式对天然气管道泄漏扩散的影响,可为实际楼宇排列以及天然气管道敷设提供一定的依据。针对天然气管道的泄漏,采用不发生反应的组分输运模型和标准的湍流模型,基于计算流体动力学方法 （CFD）,建立了简化的三维几何模型和天然气泄漏速率随时间变化的函数关系,通过瞬态模拟探讨了等高、由高向低、由低向高三种楼宇不同排列方式对天然气泄漏扩散的影响。结果表明：天然气从泄漏孔喷出后顺着楼体贴壁流动进行扩散,楼宇排列方式从泄漏口方向由高向低可有效减缓天然气扩散;由低到高排列时,后方较高建筑相当于一个天然屏障阻碍天然气扩散,使得天然气在楼体间加速积聚,会造成较大安全隐患。因此,在天然气管道敷设设计时,尽量将天然气主管道敷设在较高建筑物的一侧。     

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。     

含硫天然气泄漏扩散的后果评估

含硫天然气发生连续泄漏时,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,危害区域将逐步消失。通过含硫化氢天然气泄漏扩散后果的计算和模拟,可以得出含硫天然气扩散浓度与距离及高度的关系。     

平坦地区输气管路不同泄漏点气体扩散模拟

通过对平坦地区天然气管路不同泄漏点气体扩散模拟研究发现,静风条件下,天然气在大气中自由扩散稳定后,不同泄漏点泄漏后的速度、浓度分布趋势基本一致,均关于泄漏口垂直方向对称,喷口附近、喷口垂直上方及近地面区域的硫化氢浓度较高,属危险区域;有风条件下,喷射区域发生弯曲,气体扩散范围增大,风对污染物起输送、稀释、扩散作用,其效果随高度增加不断增强,模拟空间内危险区域随着风速的增大而减小.不管有无风力影响,泄漏口距集输起端越近危险性越大.模拟得出的不同位置气体泄漏扩散规律及危险区域,将为安全生产和应急抢险提供较好的参考依据.