天然气管道小孔泄露扩散规律研究

【摘要】：随着经济增长,我国天然气的需求量每年快速增长,促进了燃气管道的快速发展,管道运行的安全的重要性日益突出。我国目前运行的管道,由于腐蚀穿孔、第三方破坏、管道自身原因等常发生燃气泄漏。泄漏往往会诱发中毒、爆炸、火灾等恶性事件,带来不可估量的经济损失和人员伤亡,危及国家能源的运输安全。在泄漏事故中小孔泄漏占了较大比例,而目前,多数检测方法对小孔的检测精度低,漏检、误检情况时有发生。特别是对埋地管道的小孔泄漏,由于环境嘈杂,泄漏信号混乱,难以检测到。因此,探究天然气小孔泄漏扩散规律,可为泄漏点的检测、定位提供理论性的依据,对防御事故的发生具有十分重要的意义,能够较为可靠地保障管道系统安全平稳运作和社会资产。 首先根据渗流理论和Fick扩散理论对埋地管道小孔泄漏进行分析,建立d/D=0.2时的埋地燃气管道在地下空间中小孔泄漏的数学模型。结合Fick扩散理论分析土壤特性及土壤属性对燃气扩散的影响,并用量纲分析法对Fick扩散模型进行求解,得出燃气扩散浓度,以期揭示不同土壤属性和降雨环境下埋地燃气管道泄漏的规律,以提高管道运输的安全性。结合实例分析得出结论：泄漏孔径的大小、土壤的含水率、土壤种类均是影响扩散规律的重要因素,且土壤越松散越干燥,燃气扩散速率越大,扩散至地面并达到爆炸极限的时间越短。 此外,又探讨了架空管道小泄漏的扩散规律,对经典的高斯烟羽扩散模型进行了求解,探讨不同压力、不同风速、不同高度障碍物、不同级别的大气稳定度及不同孔径下的小泄漏扩散规律。并用Fluent软件对不同泄漏孔径、风速、孔口位置、地形条件下架空管道小孔泄漏进行模拟。结果表明：扩散浓度与压力、孔径成正比；风速加快了燃气的扩散；大气越稳定,越不利于扩散；障碍物严重影响了扩散范围；与孔口朝上的泄漏相比,孔口侧向、向下的泄漏导致的危害较大。 【关键词】：天燃气 架空管道 埋地管道 小孔泄漏 扩散
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU996
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-13
• 1.1.1 天然气资源的应用现状9-11
• 1.1.2 管道建设现状11-13
• 1.2 论文的研究意义13-14
• 1.3 国内外研究现状14-16
• 1.4 本文的主要工作16-18
• 1.4.1 本文的主要研究内容16
• 1.4.2 本文的创新点16
• 1.4.3 研究的技术路线16-18
• 第2章 管道泄漏理论基础与模型18-28
• 2.1 射流理论18-19
• 2.2 气体流动的基本控制方程19-22
• 2.2.1 连续性方程20
• 2.2.2 动量方程20
• 2.2.3 能量方程20-21
• 2.2.4 气体状态方程21-22
• 2.3 天然气管道泄漏源模型22-25
• 2.3.1 小孔泄漏模型22-24
• 2.3.2 管道泄漏模型24-25
• 2.3.3 大孔泄漏模型25
• 2.4 管道参数的计算25-26
• 2.5 三种模型的对比分析26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 埋地天然气管道小孔泄漏扩散模型28-46
• 3.1 基本概念28-29
• 3.1.1 多孔介质28
• 3.1.2 多孔介质的孔隙率28-29
• 3.1.3 多孔介质的渗透率29
• 3.2 土壤特性29-32
• 3.3 埋地管道小泄漏渗流模型32-36
• 3.3.1 渗流理论32
• 3.3.2 达西定律32-33
• 3.3.3 高速非线性达西定律33
• 3.3.4 确定高速非达西渗流系数33-34
• 3.3.5 埋地管道小泄漏渗流模型34-35
• 3.3.6 渗流模型的离散35-36
• 3.4 埋地管道Fick扩散模型36-42
• 3.4.1 Fick扩散理论36-37
• 3.4.2 燃气在土壤中扩散的特性37-40
• 3.4.3 降雨对土壤属性参数的影响40-41
• 3.4.4 埋地管道小泄漏Fick扩散模型的建立41-42
• 3.5 案例分析42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 架空天然气管道小孔泄漏扩散模型46-66
• 4.1 扩散模型简介46-49
• 4.1.1 BM模型46-47
• 4.1.2 板块模型47
• 4.1.3 Sutton模型47
• 4.1.4 FEM3模型47-48
• 4.1.5 高斯模型48-49
• 4.2 扩散模型的建立49-55
• 4.2.1 高斯烟团模型50-51
• 4.2.2 高斯烟羽模型51-52
• 4.2.3 高斯模型气体扩散系数的确定52-55
• 4.3 高斯烟羽模拟结果55-58
• 4.4 长输管道小泄漏Fluent模拟58-65
• 4.4.1 管道参数58-59
• 4.4.2 Fluent建模时参数和边界条件的设置59
• 4.4.3 湍流模型59-60
• 4.4.4 浓度场分布60-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 结论与展望66-68
• 5.1 研究成果66
• 5.2 建议与展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果73

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