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.     

LNG储罐泄漏危险性数值计算

为解决LNG储罐泄漏扩散模拟分析过程中存在计算和分析过程过于复杂的问题,通过选取适当的气体扩散模型,利用Matlab编写程序,对甲烷气体的扩散进行快速模拟计算,形成气体扩散浓度分布图,预测甲烷蒸汽在向下风向扩散的过程中形成爆炸危险区域,并模拟分析风速、地表粗糙度、泄漏速率等因素对LNG泄漏气体扩散影响。研究结果表明,当风速方向和泄漏源泄漏方向一致时,甲烷蒸汽扩散距离和危险区域面积随风速增大呈减小趋势;甲烷蒸汽在下风向扩散距离及危险区域面积随着地表粗糙度的增大而减小;甲烷蒸汽扩散距离和危险区域面积随泄漏速率的增大而增大。     

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。     

天然气管道气体泄漏扩散过程研究

天然气管道发生气体泄漏将造成一定的危险范围。通过对泄漏气体扩散边界的研究，可确定泄漏气体扩散形成的危险域。研究得到，提高风速或气体泄放速度均会加大气体扩散速度，而使沿下风向的扩散浓度减小。将风速和气体泄放速度分别提高20%，风速对气体扩散速度的影响较大，而泄放速度对气体扩散浓度的影响较大。风速加大，泄漏危险域减小；风速减小，气体受浮力作用较明显，泄漏危险域变大。该研究成果可对泄漏气体扩散的危险域进行有效预测，有助于预防泄漏重大事故的发生。     

海底输气管道气体泄漏扩散模拟及影响因素研究

为研究泄漏孔径、泄漏点水深以及外部风速对海底输气管道泄漏后果的影响,以某海底输气管道为研究对象,选取两种泄漏孔径,两种泄漏水深,9种风速进行泄漏扩散的模拟计算。计算包含泄漏模拟、气体水中扩散计算及气体在空气中扩散的CFD模拟。最终得到各泄漏工况条件下可燃气体云团体积及影响范围。通过对数据进行归纳分析,得到气云扩散及影响距离的变化规律。结果表明,泄漏速率和泄漏水深会影响海底管道泄漏后气体到达海面的气体释放面积和气体垂直流速,进而影响气云在海面的扩散后果,风速会影响气云扩散的范围和浓度分布。泄漏孔径、泄漏点水深以及外部风速是进行海底管道泄漏扩散分析的关键因素,需要在分析中进行系统性考虑以全面反映海底管道的风险水平。当前分析方法能够较全面地分析以上关键因素对后果的影响,为现场抢险、应急响应等提供判据和输入,有助于完善应急准备分析和制定更加有针对性的应急处置方案。      

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。     

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。     

浅水海底管道气体泄漏运动特性

为了进行海底管道输气工程的安全仿真研究,对管道的气体泄漏点进行定位和预报。以渤海浅水工况下的输气管道泄漏为背景,建立浅水气体泄漏的数学模型和有限元数值模型。通过两种模型对比、验证,得到泄漏气体水面上扩散半径和沿流方向偏移距离的关键数据,研究水下气体泄漏的运动规律。研究表明:数学模型与有限元数值模型计算结果较为吻合。海洋的潮流流向、泄漏口径(即泄漏率)大小影响泄漏气体的运动,泄漏气体到达水面的扩散半径随着泄漏率的增大而增大,流方向偏移距离随着泄漏率的增大而减小。     

有障碍物空间可燃气体扩散规律的数值模拟

有限空间内可燃气体泄漏扩散容易引发危险事故,而对于有限空间障碍物存在时气体泄漏扩散规律的研究较少。为此,针对有限空间障碍物对可燃气体泄漏扩散的影响,采用雷诺平均的N-S方程,湍流模型以及无反应多组分输运方程,对障碍物影响下可燃气体泄漏扩散进行了数值模拟,并进一步分析了泄漏位置和障碍物高度对可燃气体泄漏扩散的影响。结果表明:障碍物对可燃气体扩散过程有阻碍作用;障碍物影响下不同位置泄漏扩散形成的浓度场不同,泄漏口与出口异侧,距离障碍物越近,房间内形成的爆炸区域越大;障碍物高度越高,有限空间内形成的爆炸区域越大,增大了危险事故发生的可能性。该模拟结果有助于室内燃气管道安全设计,可为制订室内可燃气体爆炸事故的预防措施提供参考。     

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。     

化工装置硫化氢泄漏的风险事故模拟

运用计算流体动力学(CFD)理论,模拟了硫化氢气体泄漏事故,得到硫化氢泄漏10 min时,在不同风速和风向情况下扩散过程的运动特征与浓度分布规律,并以浓度场分布及变化特征为依据,分析了风速和建筑物对硫化氢扩散的影响规律。研究结果对认清重气扩散规律、事故预防及人员疏散有一定的指导意义。     

LNG重气扩散安全距离及影响因素

LNG储存温度为-161.5 ℃,一旦发生泄漏,迅速蒸发后的气体密度约为空气密度的1.5倍,低温的重气云团将会发生重力沉降;同时,由于大气湍流将空气卷吸进入云团内部,低温重气云团也会被加热,向正浮性气体扩散转变。为此,研究了LNG大规模持续泄漏产生的气体扩散问题,建立了LNG泄漏时安全距离的计算方法,并分析对安全距离的影响因素。从DEGADIS重气扩散基本模型出发,建立了LNG泄漏扩散时的场景条件和计算程序,并考虑了LNG向下风向扩散过程中受热形成的浮升效应以及风速和大气不稳定度的影响。所建立的方法比其他方法具有更好的准确性和适用性。通过与LNG泄漏扩散实地实验（Burro系列实验）数据进行比较,验证了该方法的计算结果,平均相对偏差为24.82%。通过研究风速、大气稳定度、泄漏源大小、围堰尺寸等因素对LNG气体扩散的影响,确定了不同条件下LNG扩散的安全距离要求。     

含硫天然气井井喷失控15分钟H2S扩散数值模拟

根据油气井现场实际条件,建立了数值计算的物理与几何模型。主要考虑环境风速和井喷气口初始喷出速度两个主要因素,对井喷后15min H2S浓度分布进行分析。研究结果表明:2m/s以上的风速可以使H2S扩散形成一个沿风向偏转下压的类似椭圆的区域,并且下压的程度随风速增大而增大;气体喷出初速度一定时,H2S的扩散区域随着风速的增大而增大,但是近地面类椭圆较高浓度区域则呈现先增大后减小的趋势;当环境风速一定时,H2S的扩散区域随着喷口初速度的增加而增大;在较高的喷出速度条件下,H2S扩散会出现涡流,扩散至远处地面后还会出现"反弹"的现象。     

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。     

复杂地形高含硫天然气风洞扩散实验及安全防护距离

为了探究高含硫天然气在复杂山地条件下的扩散规律、分布特征和外部安全防护距离，建立了泄漏源周边半径3 km范围的山区地形模型，分别测试了8个典型风向、3个来流风速共24种工况下的气体浓度,采用基于风险的方法研究了各类防护目标的安全防护距离。研究结果表明：①高含硫天然气的扩散过程可归纳为“顺坡扩散”和“切坡扩散”两种模式，风速、风向、地形及其相互作用是影响扩散过程和危害范围的重要因素，扩散过程表现出非均匀、非定常特征，并且分布各异；②复杂地形影响下的危险区域会沿多个方向扩展，并且形状很不规则，Ⅲ～Ⅱ级危险区域的最大影响距离是东北方向1 500 m，Ⅰ级危险区域的最大影响距离是东北方向1 200 m；③与平坦地形显著不同的是，复杂地形下的风向对扩散危害范围有显著影响，风速为1 m/s、2 m/s和4 m/s时，W风向最大浓度分别是N风向最大浓度的18.2倍、26.8倍和22.9倍；④在地形和风向共同作用下，不同防护目标在不同方向的安全防护距离为60.5～727.8 m，同一类防护目标在不同方向的安全距离相差约2倍。结论认为，采用风洞实验与定量风险评估相结合的方法，可以全面、有效地研究高含硫天然气扩散特征和安全防护距离。     

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。     

海底埋地原油管道泄漏扩散数值模拟

现有文献对原油在海水中的泄漏扩散规律研究相对较少。为此,采用计算流体力学方法,建立VOF模型和多孔介质模型,研究了海水流速和油品泄漏速度对海底埋地原油管道泄漏扩散的影响。计算结果表明:随着海水流速增加,原油扩散至海面的横向扩散距离增加,扩散时间延长,海水流速大于1. 5 m/s时对原油在海水中的扩散影响显著,海水流速为0. 35 m/s时原油到达海面的横向扩散距离为12. 688 m;随泄漏速度增大,原油扩散至海面的时间缩短,与泄漏速度为2 m/s时相比,泄漏速度为8 m/s所用时间缩短约;原油在海泥中的扩散范围随着泄漏速度增加而增大,同一泄漏速度下随着泄漏时间延长,原油在海泥横向和纵向的扩散距离在增长到最大值后趋于稳定,原油在海泥中所受的横向阻力小于纵向阻力。研究结果可为准确预测海底埋地原油管道泄漏范围及制定应急抢险方案提供理论支撑。     

土壤甲苯泄漏扩散及影响因素的三维数值模拟

为了分析石油类污染物在土壤中的自然渗流规律,提高事故的应急控制能力,利用CFD软件对甲苯在土壤中的泄漏过程进行模拟分析,得出了发生泄漏后污染物在土壤中速度场的时空分布规律及土壤孔隙度和含水率对污染物扩散的影响。模拟结果表明,甲苯在土壤中的迁移距离随泄漏时间和泄漏量的增大而增加;速度场分布规律为"轴向为主、径向为辅→径向为主、轴向为辅→轴向扩散";甲苯主要集中在土壤模型0~20 cm内,土壤孔隙度和含水率越高,污染物在土壤中轴向的迁移距离越大,扩散越快。因此,在污染物泄漏时应及时进行治理,避免随时间和泄漏量的增加使土壤中污染物含量增加而导致扩散范围增大,建议石油企业在未来油罐区的选址上应尽量选择含水率和孔隙度较低的区域,防止污染扩大化。     

海上平台冷放空可燃气扩散积聚规律研究

为研究海上平台冷放空可燃气体扩散分布规律,以某平台为对象建立数值仿真模型及气体扩散模型,模拟火炬冷放空可燃气体扩散积聚行为。结果表明:冷放空可燃气在来风作用下可扩散至钻台区域,对钻台区域构成威胁;风速较小时,可燃气主要向上部空间发展,风速5.1 m/s时,1.25%体积浓度的可燃气最大扩散距离为85.9 m,聚集在井架上方,发生燃爆后将造成井架顶部设备失效;风速越大,天然气受稀释作用越强,可燃气越容易消散;不同来风风向下,可燃气分布体积和扩散距离基本一致。     

水幕抑制泄漏液化天然气扩散模拟试验研究

水幕可以用于可燃气体在意外泄漏后的稀释,可以防止泄漏的可燃性气体处于爆炸极限,降低可燃气体泄漏的燃烧爆炸风险。采用液氮代替液化天然气(LNG),通过试验模拟研究了水幕架设距离、水幕架设高度、水幕形状及环境风速对水幕防护效果的影响。研究结果表明,向下喷射水幕具有的动能能与周围空气形成向上气流将LNG蒸气云团抬起,改变LNG蒸气云团的扩散路径。水幕相对泄漏源的架设距离不宜过小,约0.35 m的水幕距离可产生明显的稀释效果。环境风速超过1 m/s时会在水幕内部造成湍流,加快蒸气云向上扩散,抑制蒸气云沿地面扩散。研究结果对LNG泄漏防护水幕装置的设计和使用有一定的参考意义。