城市综合管廊内天然气爆炸荷载特性研究

发布时间：2020-07-09 15:13

【摘要】：近年来我国城镇化建设以及一些地方“煤改气”举措持续稳定推进,天然气作为一种清洁能源,逐渐成为居民日常生活中使用最广泛的燃料。随着天然气用户量的不断扩大,城市燃气安全事故已成为我国意外事故第三大杀手。《城市综合管廊工程技术规范》GB50838-2015中,明确规定天然气等工程管线可纳入综合管廊,在目前已建成或在建的综合管廊工程中,基本上全部采用天然气管线独立成舱的做法。随着综合管廊工程的发展以及国家相关政策的支持,各地综合管廊项目纷纷落地,在天然气的输送、贮存和使用过程中,一旦发生泄漏且没有及时发现,天然气扩散后达到爆炸极限,极小能量的火花就会导致火灾甚至爆炸事故。国内对燃气爆炸的相关研究开始于1980年代,对燃气泄漏爆炸的研究主要是从小尺寸模型试验以及有限元模拟等方面进行。主要针对甲烷的爆炸极限及浓度、初始压力、初始温度、点火能对爆炸压力沿管道的分布、火焰传播速度进行研究。鲜有学者对管廊内天然气泄漏及爆炸的后果进行研究,关于城市地下综合管廊内天然气泄漏及爆炸的危害性亟待研究。为了研究城市综合管廊内燃气泄漏后爆炸荷载特性,本文首先在截面尺寸为0.11m×0.11m、长6m的气体爆炸管道内进行了甲烷-空气混合气体爆炸试验,研究了甲烷-空气混合气体浓度、点火方式以及开口面积对爆炸波的传播及分布规律影响,应用CFD软件FLACS对试验过程进行了计算。模拟结果显示FLACS可以很好地反映试验规律。本文选取某实际典型的综合管廊结构,应用CFD软件FLACS对管廊内的燃气泄漏以及爆炸荷载进行了计算分析,分别模拟了管道压力为0.2MPa时的燃气泄漏以及8种不同条件下的爆炸荷载分布,并对计算结果进行了分析。最后根据甲烷-空气混合气体爆炸的影响因素,在忽略介质的粘性和热传导以及点火能的影响下,对甲烷-空气混合气体爆炸峰值超压△P以及超压冲量I进行了参数化的量纲分析,之后以简化了的综合管廊模型数值模拟结果为计算依据,得到了典型综合管廊内甲烷-空气混合气体爆炸峰值超压△P以及超压冲量I的计算公式,本文研究成果为燃气入廊的安全性分析提供坚实的理论基础,可以从根本上提高综合管廊结构的防灾抗灾能力。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU990.3;TU996.9
【图文】：

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北京工业大学工学硕士学位论文开挖造成的直接经济损失高达 2000 亿元。城市市政公用管线是城市赖以正常运行的生命线，传统的市政公用管线各自为政地敷设在道路的浅层空间内，因管线增容扩容不但造成了“拉链路”现象，而且导致了管线事故频发，极大地影响了城市的安全运行。

1.2.1 国外综合管廊建设现状1833 年，法国巴黎诞生世界上第一条地下管线综合管廊系统，成为世界行第一个拥有综合管廊的国家（图1-2（a））；1861 年，英国伦敦开始建设综合管廊，其管廊内部容纳的管线包括电力管线、通讯管线、市政给水管线以及燃气管线图（图1-2（b））；1893 年，德国汉堡也开始了地下综合管廊的建设，其管廊内所容纳的管线包括电力管线、通讯管线、市政给水管线、热力管线以及燃气管线（图1-2（c））；日本从上个世纪20 年代开始建设共同沟设施， 1963年，“共同沟法”在日本颁布并实行，从此开始了综合管廊的大规模建设，刚开始日本在其综合管廊内布置的管线种类不多，包含：上水管管道、电力管道、通讯管道、工业用水管廊、下水道以及煤气管道（图1-2（d））。（a）法国巴黎（b）英国伦敦

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⑷攘Α⑼ㄐ拧⒃ち羧人醲⒀沽ξ鬯醲⒅币鉿釔?种管线（图1-3）。目前在建的通州运河核心区综合管廊项目，位于北环交通环形隧道下方，与环形隧道共构结构，全长2.3km，综合管廊为双层结构，主沟尺寸为14.15m×2.8m，入廊

【参考文献】