天然气管道泄漏的数值模拟研究

发布时间：2020-08-05 15:32

【摘要】：天然气在我国清洁能源中扮演着越来越重要的角色,其应用范围越来越广泛。然而,天然气具有一些潜在的危险特性,是一种典型的易燃易爆品。天然气的运输途径比较单一,管道运输是其主要运输方式,而且运输难度相对很大。天然气的运输安全性要求极高,因为天然气遇火会爆炸,极容易引起恐慌,造成人、财、物的重大损失,而且天然气泄漏还会造成大气污染、水污染等,影响人们的正常生活。为减少天然气管道泄漏爆炸事故的发生,降低事故的危害后果,就必须采取有效手段进行控制。因此,可以通过数值仿真模拟,研究天然气管道泄漏后的扩散规律,从而能为此类事故的抢险救援提供方案。本文以某市的天然气支线压力管道作为研究对象,以射流理论、气体流动基本控制方程和管道泄漏模型为基础,应用GAMBIT软件构建了天然管道泄漏扩散的几何模型,改变风速和泄漏孔径大小,改变障碍物的高度和障碍物到泄漏源中心点的距离等条件,利用FLUENT软件得出了在不同条件下的天然气管道泄漏扩散规律。研究结果显示:天然气管道泄漏开始时,气体从泄漏口处高速射流喷向大气,并不断向高空扩散,泄漏口附近的浓度最高。随着泄漏孔径的增大,天然气扩散的区域会随着孔径的增大而增大,即天然气扩散的范围越广。风速对泄漏天然气流的扩散起推动作用,使其沿顺风方向近地侧扩散,能改变天然气泄漏扩散的空间区域分布,风速与天然气的水平扩散距离成正比,与扩散高度呈反比。障碍物高度越高,天然气在下风向扩散的横向扩散距离越小,但是抬升作用使得天然气扩散高度增加。障碍物迎风面一侧,天然气积聚浓度高,其分布范围大小与障碍物到泄漏源中心点的距离成正比。由模拟结果可知,如果发生天然气管道泄漏事故,应急救援人员应该迅速遣散泄漏口附近的人员,并对顺风方向区域范围内进行封锁警戒;如果泄漏源顺风方向处有障碍物,则障碍物顺风侧聚集的天然气浓度很高,应加大对障碍物的迎风侧救援并加强高空通风,最大限度降低事故后果。图[21]表[9]参[63]
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE88
【图文】：

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除了长度的增加，密度也会加大，5.5 亿人口可以使用天然气，满足人们的日常生活需求。未来的能源使用占比中，天然气将达到八分之一。图1-1为《中长期油气管网规划》中未来天然气管道主干网的分布图。人口数量增加，资源消耗量随即增大，之前使用的煤炭资源不仅会造成空气污染，而且数量也十分有限，因此，清洁能源天然气的作用不言而喻。各国都十分重视天然气的开采、使用和运输[3]。当然，中国的天然气消费量，每年均呈现递增趋势，2010年我国跃居世界第三位天然气消费大国[4]。管道在运输天然气方面具有其他方式无可比拟的优势，比如管道可以日夜连续输送，输送量大，还具有高稳定性和高安全性；管道可以在地下或架空铺设，能极大节省用地空间，因此管道运输是输送天然气的最佳方式。我国天然气管道的输配系统也日渐成熟，图1-2 为我国天然气输气管道主要输配系统的组成[5]。可是

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2 天然气管道泄漏事故统计及原因分析2.1天然气管道泄漏事故统计分析2.1.1 国外天然气管道泄漏事故统计分析根据美国安全局的相关统计资料显示，在过去的20多年时间里，美国天然气管道在运输时，总共发生了800多起重大的事故。而这些事故造成了重大的人员伤亡和财产损失，遇难人数达到了300多人，而受伤人数更是接近1300人[34]。图1-1为美国管道严重事故统计图。所以，意识到管道泄漏事故的严重性之后，美国加大对管道气体运输方面的管理和规范，在该方面制定了多种的法律法规，针对管道方面的排查、维修、执行和安全行动都做了明确的规定，使得管道运输的安全性有了极大的提高，管道事故发生的概率总体呈现逐年下降的趋势。

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在这些事故中，由于外部条件影响产生的事故率高达48%，由于施工缺陷以及材料问题造成的事故率超过16%，而材料腐蚀以及其他多方面的原因造成的事故率超过30%。图2-2 就是在1970 年到2010 年，这40 年时间里，欧洲每年发生事故次数统计图。通过对上图总体的变化趋势分析，我们可以发现，由于研究水平以及防范技术等方面的不断提升，管道发生事故的次数逐渐降低。

【参考文献】