架空天然气管道泄漏扩散过程特性分析

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1、第49卷第4期化工设备与管道Vlol_49NO．42012年8月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGAug．2012架空天然气管道泄漏扩散过程特性分析刘庆宝，王娇阳(大庆油田有限责任公司天然气分公司，黑龙江大庆163500)摘要：在天然气管道集输过程中，由于管道老化、腐蚀等因素引起的泄漏事故时有发生，会引起穿孔泄漏后的天然气扩散，可能会引发火灾、中毒或爆炸。因此，进行架空天然气管道泄漏扩散过程的影响因素模拟研究及分析，对天然气管道输送安全运营和保障人生财产安全意义重大。文章建立了架空天然气管道在迎风坡和背风坡处发生

2、泄漏扩散过程的物理模型，并利用CFDSk-f~对架空天然气管道泄漏后的甲烷气体扩散过程进行了数值模拟。结果表明：泄漏的甲烷气体扩散范围和速度非常大，在泄漏时间300sN-泄漏距离已经达到40m，并在40m处形成高浓度的甲烷气团；泄漏点在背风坡时，山坡附近形成高浓度甲烷气团。关键词：天然气管道；泄漏；扩散中图分类号：TQ058．81；TH183文献标识码：A文章编号：1009—3281f2012)04—0061—03管道运输具有安全密封，受地形影响小，能长个关于离散率的方程，是目前广泛应用的湍流模型，期安全稳定运行等优点，已成

3、为石油工业中最重要的计算时采用标准的k-e模型。运输工具E13o天然气主要成分为甲烷，并含有腐蚀物质传输模型【6]的湍流脉动动能方程(方程)：性气体，其对管道内壁的化学腐蚀以及长期的外腐Okp蚀，使管壁失效，在管内气体压力的作用下，出现穿p+蹦瓦c3k毒+箦j考l+㈩孔泄漏。管道穿孔泄漏是天然气管道泄漏最常见的情Gk+ab—pe一+况之一。当空气中甲烷达到5％～10％时遇火会引湍流动能耗散方程(￡方程)：发爆炸。因此天然气管道发生泄漏时，有爆炸和中毒OkOkP5-+一o：+1』+的危险，从而对人民群众的生命和财产安全构成严重

4、xi+_J+危害。天然气泄漏规律的研究对于安全输送和环境保C1c护具有重要的现实意义。、G+。Gh)一。P孚+目前针对天然气管道泄漏扩散过程，主要利用湍流粘度：半经验半理论计算公式对危险气体进行研究[3t0]。=p(3这些公式具有计算快、编程简单等优点，其不足之处，其中：G为平均速度梯度引起的湍动能k的是计算的准确性对气体扩散条件与模型假设的接近产生项，G为浮力引起的湍动能k的产生项，ym程度过于依赖。随着计算流体力学、以及计算机技术为可压缩湍流中脉动扩张贡献。模型中C=1．44，的发展，数值模拟研究方法开始应用于泄漏过程的

5、研C2=1．2，C3=1，cu=0．9为经验常数。究。利用CFD软件对架空天然气管道在迎风坡和背风坡处发生泄漏时的气体扩散规律进行研究，得出了2数值模拟及结果分析天然气泄漏气体扩散规律，为天然气的安全输送及环2．1模拟工况境保护提供了理论依据。模拟区域(见图1)1001T1×40m，土坡高度41TI，1泄漏扩散控制方程收稿日期：2011-1230由于管内气体压力高，在泄漏口处传输速度较作者简介：刘庆宝(1983一)，男，山东省泗水人，工程师。从事大，为湍流流动。s是在湍流方程的基础上引入一油气储运管理工作。2012年8月刘庆

6、宝，等．架空天然气管道泄漏扩散过程特性分析63都扩散到距离山坡40m处；泄漏的甲烷气体以大气[J]．煤气与热力，2006，26(2)：7-9．[4]BerkowiczR．ModelingStreetCanyonPollutionModel团形式聚集在大气中，在40m处的甲烷气体浓度非RequirementsandExpectations[J]lJournalofEnvironmentand常高。Pollution．1997，8(3)：609—619．(2)通过对比泄漏点在迎风坡和背风坡时的甲[5]李又绿，姚安林，李永杰，天然

7、气管道泄漏扩散模型的研究烷气体分布图，可以发现在工况2时，泄漏的甲烷气fJ]．天然气工业，2004，24(8)：102—104．体大量地聚集在山坡的背风坡附近，因此当泄漏发生【6]王福军．计算流体动力学分析[M1．北京：清华大学出版社，2004：9．在背风坡时，进行现场天然气管道泄漏抢修必须注意【7]张转连，王英杰，于少平，等．水煤气管道穿孑L泄漏原因分现场防爆和明火控制。析[J1．石油化工设备，2011，40(4)：86—88．[8]段庆全，于囝鹏，张宏．管道疲劳裂纹扩展数值模拟[J]．石参考文献油化工设备，2009，38

8、(2)：23—27．陈云涛，陈保东，杜明俊，等．埋地输气管道穿孔泄漏扩散[9]淡勇，李俊菀，朱哲．天然气采气管线的状态评估[J]．化工浓度的数值模拟Ⅲ．石油工程建设，2008，36(4)：1-3．机械，2009，36(5)：491—495．[2]李刘建液化石油气管线泄漏事故分析及预防[J]