天然气泄漏扩散模型研究.pdf

第 4 4卷第 1 O期 2 0 1 5年 1 O月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 4， N o ． 1 0 O c t o b e r ， 2 0 1 5 天然气泄漏扩散模型研究 屈洋，杜胜男，王聪，王卫强，张铁军 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 摘 要在天然气集输过程中，由于管道系统连接件之间的密封缺陷、腐蚀穿孔、人为管理不善等因素引 起的天然气泄漏甚至爆炸事故在国内外屡见不鲜，对于长输天然气管道泄漏过程研究应用 ，可有效减少因天然 气扩撒、爆炸等引起的人员和经济损失，而研究的关键则在于模型的建立。 关键词天然气集输 ；天然气泄漏；模型 中图分类号T Q 0 1 8 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 5 1 0 2 4 8 3 0 3 St ud y o n Na t ur a l Ga s Le a k Di f f us i o n M od e l Q ， 曙，DUS h e n g - n a n ， ⅣGC o n g ，W A NG W e i q i a n g , Z H A NGT i e - j u n Li a o n mg S h i h u a Un i v e r s i t y , Li a o n i n g F u s h u n l 1 3 0 0 1 ， Ch i n a Ab s t r a c t I n n a tur a l g a s g a t h e r i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n p r o c e s s ，n a t u r a l g a s l e a k a n d e x p l o s i o n a c c i d e n t s c a u s e d b y s e a l i n g d e f e c t s,o f the c o n n e c t i o n b e t we e n t h e p i p e s y s t e m， c o r r o s i o n p e r f o r a t i o n ， h u man mi s ma n a g e me n t a n d o the r f a c t o r s a r e c o mmo a t h o m e a n d a b r o a d ． S t u d i e s o n l o n g d i s t a n c e g a s p i p e l i n e l e a k a g e p r o c e s s c a n e f f e c t i v e l y r e d u c e h u ma n a n d e c o n o mi c l o s s e s c a u s e d b y n a t u r a l g a s l e a k d i f f u s i o n ， e x p l o s i o n a n d o t h e r r e a s o n s ． T h e k e y o f t h e s t u d i e s l i e s i n the e s t a bl i s h me n t o f t h e r e s e a r c h mo d e 1 ． K e y wo r ds Na t u r a l g a s g a t h e r i n g a n d t r an s p o r t a t i o n ； Na t u r a l g a s l e ak ； M o d e l 2 1世纪以来，随着各国对能源的需求与环境 保护的矛盾 日 益严重，加之石油产量增长缓慢，天 然气以其储量大、利用广、燃烧热量大和污染小等 优点 ， 受到越来越多国家的亲睐【 J j 。许多国家对天 然气及其相关产业的发展都提供大力的支持 ，近年 来 ，天然气气田建设、接收站和集输系统等基础设 施的建设，更加促进了天然气的利用 剞 。 在国内外天然气集输过程中， 管道老化、 腐蚀、 自然灾害、疲劳、机械损伤等因素导致的天然气泄 漏甚至爆炸事故频频发生[ 5 I ，如表 1所示我国部分 天然气管道事故表。 表 1 我国部分天然气管道事故表 Ta bl e 1 Pa r t of t he nat ur a l ga s pi pe l i n e a c c i de nt s t a bl e 长输管道天然气泄漏扩散的模拟分析过程 ，并 计算天然气泄漏的危害区域，可以有效的减小由于 气体扩散导致的火灾及爆炸、气体中毒等风险因素 所造成的严重人伤亡员和巨大经济损失，因此预防 与控制由管道气体泄漏引起的事故，有利于管道集 输的安全运营及减少人员伤亡、经济损失，泄漏研 究具有重大的科研价值和经济意义[6 - 8 ] 。 长输天然气 管道泄漏扩散模拟方法 1 C F D模拟 ； 2理 论模型计算。 1 C F D软件数值模拟 1 ． 1 CF D软件的模拟方法 1 直接模拟是利用直接模拟求解三维非稳态 的 N S 方程。直接模拟计算条件要求较高、 计算时 需采用较小的空间步长与时间步数 ，目前研究人员 只有通过超级计算机才可以完成直接模拟的研究。 2 大涡模拟是将气体湍流根据涡旋学说分成 若干个不同尺度的涡旋。 主流为大尺度涡提供能量， 其特征在于高度的非同向性 ；大尺度涡则为小尺度 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 5 - 0 7 作者简介屈洋 1 9 8 6 一 ，男， 辽宁抚顺人，研究生在读，辽宁石油化工大学油石油与天然气工程专业，研究方向长输天然气管道泄漏扩散 模 型研究。E - m a i l 3 0 6 1 7 3 8 8 6 2 q q ． c o rn 。 第 4 4 卷第 1 O 期 屈 洋，等天然气泄漏扩散模型研究 2 4 8 5 表达式，发现解析方程组求解的结果与实验结果曲 线有较好 的吻合性。 2 ． 4 F E M3模型 1 9 7 9年建立 的由 G a l e r k i n 法改进推导而来的 F E M3模型的原型。模型所采用的是有限元解法 ， 将该模型应用于有限元法 ， 可求解非定常动量方程 ， 连续性方程，能量方程，理想气体状态方程和扩散 方程 ，该模型采用 K理论来解决湍流扩散问题 。该 模 型用于解决有限时间的连续泄漏扩散问题 ，方程 求解过程中计算工作量 比较大 ，且不能用于轻气和 中性气体的扩散。 3 结 论 总的说来，对于气体泄漏扩散的研究还处于欠 完善阶段。对于管道稳态泄漏速度计算和管道非稳 态泄漏速度计算，各国学者都进行了一定的研究， 但是尚无公认的泄漏理论，各学者所建立的泄漏模 型仍然存在某些不足 1 洛 种泄漏模型在建立过程和求解过程基本 上都建立在很多的理论假设之上，只能求解某一些 因素对泄漏扩撒的影响 ，对于某一阶段所有 因素对 泄漏的影响尚不能完整的描述 ，以及未能解决各影 响因素之间的优先级。 2当前的模型中没有一种能够将泄漏速度 、 扩散及爆炸过程这三个完整的计算出来，没有一个 模型能够将扩散及爆炸过程统一起来 。当前的扩散 模型仍停留在泄漏和扩散过程有机结合阶段。 3 当今各类扩散模型都假设泄露点处于地面 之上，即便对于埋地管道泄漏的研究，仍考虑开挖 后管道发生泄漏时为研究条件。至今对于发生在地 下的管道发生泄漏模型的建立仍处于研究阶段。 参 考文献 [ 1 ] 刘延雷，郑津洋 ，赵永志．障碍物对管道天然气泄漏扩散影响的 数值模拟l J 1 ．石油化工高等学校学报，2 0 0 7 ，2 0 4 8 0 8 4 ． [ 2] 李振林 ，姚孝庭，张永学．基于 F L U E N T的高含硫天然气管道泄 漏扩散模拟[ J ] _油气储运 ，2 0 0 8 ，2 7 5 3 8 4 1 ． [ 3]于洪喜，李振林 ，张建．高含硫天然气集输管道泄漏扩散数值模 拟『 J 1 l中国石油大学学报 自然科学版 ，2 0 0 8 2 1 1 9 1 2 2 1 3 1 ． [ 4]叶峰 ，廖开贵，张亚明．天然气管道泄漏数值模拟研究[ J l _油气 田地面工程 ，2 0 0 8 ，2 7 6 1 9 2 0 ． [ 5] 杨昭 ， 赖建波 ， 韩金丽．天然气管道气体泄漏扩散过程研究『 J ] ．天 然气工业 ，2 0 0 7 ，2 7 7 9 7 9 9 ． [ 6] 孟志鹏，王淑兰 ，丁信伟．可爆性气体泄漏扩散时均湍流场的数 值模拟[ J ] ．安全与环境学报，2 0 0 3 ，3 3 2 5 2 8 ． [ 7 ] 马存栋．高压天然气管道破裂气体扩散规律模拟结果分析[ J ] ．油 气 田地面工程 ，2 0 0 5 ，2 4 3 8 - 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