天然气管道泄漏H2S扩散及影响区域的数值模拟与分析

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1、摘要摘要复杂地形条件下天然气管道泄漏H2S扩散不仅会造成较大的资源浪费和巨大的经济损失，还有可能导致严重的人员伤亡。迄今为止，仍然不可能推荐一个具体模式对复杂地形条件下H2S扩散的各种问题进行研究分析。因此，随着天然气工业的迅速发展以及高含硫气田的开发，迫切需要研究和开发适用于复杂地形及气象条件下H2s扩散的数值模拟技术。通过对发生在野外的天然气管道泄漏H2s扩散与一般工程上所遇到的传热传质现象的区别讨论，揭示了复杂地形及气象条件下H2S扩散的本质，并对其主要影响因素进行了分析，进而提出了解决这类问题的难点和关键点。通过对扩散预测软

2、件的基本构成及其开发的讨论分析，基于大气污染控制理论，利用FORTRAN语言，成功开发了PuGdiff软件，实现了对泄漏事故发生地区复杂地形的考察、气象场的模拟预测、H2s扩散规律及动态扩散区域的模拟预测；并借助实例的比较分析，对软件的可行性进行了分析，其结论为PUGdifr软件具有时间敏感性，且能够结合实地气象场实现对复杂地形条件下H2S扩散规律及扩散区域的模拟考察。就天然气管道泄漏问题进行了理论分析研究，依据气体动力学、流体力学、热力学等基础理论，分别推导了泄漏过程中临界泄漏阶段以及亚临界泄漏阶段的泄漏速率计算公式，进而研究分析

3、了影响泄漏速率的主要因素以及典型管径条件下裂口大小与管道泄漏规律的关系，为评价管道失效损失大小以及管线定量风险后果分析提供了重要的参考指标。利用开发成功的PUGdiff软件，就各种影响H2S扩散规律及扩散区域的主要因素包括泄漏速率、泄漏裂口、气象因素以及地形参数分别进行了讨论分析，证明大泄漏量、静风以及复杂地形为H2S扩散的最不利条件。最后，借助PUGdiff软件对四川某气田集输管道发生泄漏H2S扩散规律及区域给出了实例模拟和分析，包括气田气象场模拟值与实测值的比较及误差分析、气田基本泄漏参数的确定、静风典型气象日的模拟结果统计分析

4、和裂口尺寸的影响分析等。通过对大量模拟数据的分析，验证了PUGdiff软件可以为应急预案的制定提供可靠的参考依据。一关键词：天然气泄漏；H2S扩散；PUGdiff软件；泄漏速率；气象条件；复杂地形北京工业大学工学硕士学位论文AbstractH2Sdiffusionduringnaturalgasleakageaccidentswillcausepotentialhazardssuchasthelargeeconomiclossandseriouscasualties．Untilnowthere’SnopropermodelforH2

5、Sdiffusionresearchespeciallytheproperoneforthecomplexterrainandweatherconditions．Asaresult,inordertorealizethesafeandsustainabledevelopmentoftherich—in·H2Snaturalgasexploration，itisofvitalimportancetoresearchthetechnologyforthenumericalpredictionofH2Sdiffusionandinflue

6、nceareaofnaturalgasleakageundercomplexterrainandweatherconditions．TheessentialofthesubjectwaspointedoutwiththeresearchofthedifferencesbetweenH2Sdiffusionintheopenairandthegeneralmasstransfer．Parametersthatinfluencethediffusionarelistedandanalyzed，andthedifficultiesandk

7、eyproblemstoworkoutthesubjectaresuggested．BasedOntheanalysisofthecomponentanddevelopmentofthenumericaldiffusiontechnologyandthetheoryofairpollutioncontrolling,wesuccessfullydevelopedPUGdiffsoftware讯tllFORTRAN，whichcansimulatetheH2Sdiffusioninfluenceareabased011ffspredi

8、ctedmeteorologicaldataconsideringthecomplexterrainconditionsoftheplacewherethenaturalgasleakageaccidenthappened．Witht