埋地管道泄漏油品扩散范围模拟计算

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1、北京石油化工学院学报第2O卷第4期VoI．20NO．4JournalofBeijingInstituteof2012年12月Dec．2012Petro—chemica1Technology埋地管道泄漏油品扩散范围模拟计算*马跃王岳(辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001)摘要对埋地管道不同位置泄漏时油品在土壤中的渗透扩散进行模拟分析，借助CFD软件建立土壤多孑L介质中油水两相流的三维流动传质耦合模型。模拟结果表明：油品在地下、地表的渗透扩散范围受漏孔位置的影响明显。管道正上方泄漏时，地下泄漏范围最小而地表扩散面积最大；管道正左侧泄漏时，地下扩散范围及地表扩散面积大小

2、介于正上方泄漏和正下方泄漏工况之间；管道正下方泄漏时，地下扩散范围最广，但地表扩散面积最小。泄漏1h后，地下、地表的油品扩散速率均趋于稳定，下孔泄漏油品的地下扩散速率比上孔泄漏大约1O，而3种泄漏工况的地表扩散速率大小几乎相同。关键词埋地管道；油品；漏孑L位置；泄漏；扩散；模拟中图法分类号TE973．91迄今为止，我国已建成约3800km的成品1计算模型油管道。管线运行过程中经常由于盗油和管线破裂引起油品泄漏，对周边环境特别是对土壤1．1管道泄漏物理模型造成严重污染，因此油品泄漏后的污染范围(深针对管道泄漏问题，建立土壤区域和管道度和水平范围)就成为了后期环境修复的基础的三维泄漏物理

3、模型，如图1所示。对管径性数据，必须进行科学评价。D、埋深h的成品油管道周围L×w×H长方目前对于油品泄漏范围的判定方式主要是体模型土壤区域，采用正四面体和正六面体混通过土壤开挖取样分析，这种方法虽有效，但就合型网格进行划分，如图2所示。模拟分析管目前我国管线泄漏事故的工况来看，管线上泄道正上方、正左侧和正下方发生穿孔泄漏后油漏孔位置的确定所需时间较长，多数是在油品品在土壤中的渗透情况以及地下、地表扩散范已泄漏至地表后才被发现，油品泄漏后污染范围。由于水分对油品扩散具有一定的阻滞作围较大，以致采用土壤取样的检测方式无法准用，所以土壤中水分分布必须作为影响扩散变确确定出地下较深处的油品

4、污染范围以及污染化的重要因素来考虑。水分受自身重力作用深区域的整体扩散变化规律_】]。而模拟计算的度越大含水量越高，且靠近地表蒸发量较大，水判定方式主要集中于对管道二维径向与土壤区分储量较低。土壤模型中的水分含量计算是通域的传热传质研究，为计算方便，常忽略轴向的过对某地下几处深度的土壤含水率进行线性拟研究，极大地影响了整个模拟计算结果的精确合，利用UDF编译程序函数式(含水率：一度。针对油品泄漏问题建立了土壤多孔介质中0．032×h+0．1457)导入计算模型，使得含水油水两相流动的三维流动传质耦合模型，利用率由地表至地下依次增加、线性分布。CFD仿真软件模拟计算的方式来判定管道正1

5、．2数学模型上方泄漏、正左侧泄漏和正下方泄漏3种工况土壤是一种多孔固体介质，自然状态下，孔下油品的地下扩散范围和地表扩散面积。隙中自然含有部分湿空气(水蒸气与空气的混合物)、液态水(以较大液滴形式存在)等，流体收稿日期：2012-05—06在其中流动将受到毛细作用力、表面张力和重*辽宁省自然科学基金资助项目，项目号：20082186。力的综合作用。当埋地管道发生泄漏时，油品第4期马跃等．埋地管道泄漏油品扩散范围模拟计算25·(Vv)一+(+cz丢l0，II)(3)+V·(psw1，)一V)一警+(叫+cz专1训}W)一psg(4)式中：、、W分别为'，在z、Y、方向上的速度分量，m／

6、s；a—Dje。／[150(1一e)]为多孔介质图1埋地管道三维泄漏物理模型的渗透率，；C一3．5(1一￡)／(D。￡。)为惯性损失系数，-。；e为多孑L介质的孔隙比；P为多孔介质的孑L隙压力，Pa；D为多孔介质的粒子的直径，mm；为流体的动力黏度，Pa·S。边界条件：埋管泄漏口速度人口边界条件：a／a一0(5)地表压力出口边界条件：a／a￡一P。(6)式中：代表泄漏口流速，m／s；P代表地表压力，Pa。图2埋地管道三维泄漏网格模型2数值模拟与结果分析在多孔介质中的流动扩散须先排挤掉孑L隙中原以某黏质土壤地区埋地管道泄漏为例，模有液体，这对油品的扩散起到了极大的阻滞作拟计算覆土深度1

7、．5m、公称直径500mm的用，所以多种流体在孔隙中流动比较复杂，以下成品油管道泄漏，油品密度为720kg／m。，运动黏度为4×10m／s。管道上存在一平均直将应用有限容积法处理该类问题。模拟泄漏前，将湿空气和液态水以一定比例先设置在模径30mm的穿孔泄漏口，泄漏口油品流速为型中，在边界条件作用下，先运行计算一段时2m／s。经取样分析，土壤的孔隙度为0．45，土间，使整个模型的性质与实际土壤区域更加接壤颗粒直径大小在0．002~0．5D_a_m之间变化，近