要开个路口,地下燃气管道需要改造,谁出钱?燃气公司出?还是我们企业出?_百度知道水体中天然气管道泄漏扩散规律及后果分析--《西南石油大学》2015年硕士论文
水体中天然气管道泄漏扩散规律及后果分析
【摘要】：近年来,随着人们环保意识的增加,国、内外已经将天然气作为除石油、煤之外的第三大能源,管道作为天然气输送的重要手段也在随之飞速发展,在国民经济建设当中,管道工业正处在举足轻重的地位。在建设过程中,管道不可避免的要遇到水体环境,近年来,随着我国重大国际项目的推进,管道水下穿越工程越来越多,泄漏事故也屡有发生,因此对管道的泄漏扩散研究就显得尤为必要。
然而目前已有的研究多为大气介质条件下的成果,例如架空或者埋地管道。随着近几年人们对水体管道开始重视,水体中的管道研究逐步出现,但对象也多为输油管道,少数的输气管道研究也仅限于定性分析,或者单一的研究因素,分析不够全面。因此,本文对水体中天然气管道泄漏扩散问题进行分析研究,可以为管道的检漏行为和安全运营提供一定的理论依据,同时研究水体中管道的泄漏后果,对水体管道事故的预防和控制具有重要意义。
本文首先分析了水体中天然气管道的泄漏特点,提出了水体管道相比陆上管道最大的特点是环境压力不同,并且建立了天然气管道水下泄漏扩散的基本方程以及数学模型,研究了天然气管道稳态泄漏和动态泄漏的气体速率计算公式。并借助计算流体力学仿真软件,通过流体体积函数模型,采用压力速度耦合的压力隐式分裂算子算法对水下天然气管道泄漏过程进行数值模拟研究,分别得到了不同破损口径、不同水流速度和管道内压影响下的气体泄漏扩散规律。通过定量分析得出,在水流速度一定时,随着泄漏孔径的增大,泄漏速率增加,泄漏量变大,气体浮至水面的范围增加；当泄漏孔径相同时,气体浮至水面的时间随水速的增大而增加；增加管道的内压,可以削弱水流对气相的影响,气体泄漏至水平面时间变短。通过无量纲分析,得到关于泄漏气体浮至水面所需的时间和气体水平运移距离的关系表达式,并通过对比第三方实验数据,验证了该拟合公式的合理性和适用性,该分析可以对管道失效后的应急措施提供技术支撑。
此外,本文通过引入三角模糊数,对水体管道失效后造成的喷射火火灾、蒸气云爆炸以及水域和大气污染等泄漏后果事件进行严重程度等级判断,得出各个后果事件的失效概率以及后果严重程度,并基于模糊规则库原则得出各后果事件的风险指数,并通过解模糊化定量计算得到水体管道发生泄漏后,造成的蒸气云爆炸事件的后果最为严重。同时,本文还分析了水下管道失效造成的喷射火火灾和蒸气云爆炸事故的后果模型,并通过计算给出了不同管道失效模式、不同风速影响下泄漏气体扩散至水面上方的浓度图,并通过绘制相应曲线,直观给出了喷射火火灾和蒸气云爆炸事故的不同程度的伤害半径,为事故后安全距离的确定提供参考指导,对水体中天然气管道泄漏事故的定量环境风险分析具有重要现实意义。
【关键词】：
【学位授予单位】：西南石油大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：TU996.7【目录】：
摘要3-4Abstract4-9第1章 绪论9-18 1.1 研究背景9-11 1.2 研究的目的与意义11-12 1.3 本领域研究现状12-15
1.3.1 管道泄漏扩散在水体中的研究现状12-13
1.3.2 天然气管道泄漏后果研究现状13-14
1.3.3 研究现状不足14-15 1.4 研究方法与主要内容15 1.5 研究的关键问题和可行性分析15-16
1.5.1 关键问题15-16
1.5.2 可行性分析16 1.6 创新点和技术路线16-18
1.6.1 创新点16
1.6.2 技术路线16-18第2章 天然气管道水下泄漏模型研究18-27 2.1 天然气管道水下泄漏扩散模型概述18-19 2.2 天然气管道水下泄漏扩散基本方程19-21
2.2.1 质量守恒方程19
2.2.2 动量守恒方程19-20
2.2.3. 能量守恒方程20
2.2.4 组分质量守恒方程20
2.2.5 压缩因子的计算方法20-21 2.3 水体中天然气管道泄漏速率计算21-25
2.3.1 气体泄漏速率计算公式22-23
2.3.2 气体管道动态泄漏公式23-25 2.4 本章小结25-27第3章 天然气管道水下泄漏的数值模拟27-45 3.1 数值模拟方法基础27-31
3.1.1 自由界面追踪方法简介27-28
3.1.2 VOF方法介绍28-29
3.1.3 管道水下泄漏的数值模拟方法29-31 3.2 管道水下泄漏的几何模型建立31-33
3.2.1 模型建立与边界条件设置31-32
3.2.2 模型计算参数的选取32-33 3.3 数值模拟结果及分析33-41
3.3.1 泄漏孔径影响33-35
3.3.2 水流速度影响35-38
3.3.3 管内压力影响38-41 3.4 水体中天然气管道泄漏的无量纲分析41-44 3.5 本章小结44-45第4章 天然气管道水下泄漏后果研究45-66 4.1 建立天然气管道泄漏后果事故分析图45 4.2 泄漏后果严重程度计算方法研究45-52
4.2.1 建立风险评价指标45-47
4.2.2 模糊综合评价47-48
4.2.3 层次分析法48-49
4.2.4 三角模糊数49-50
4.2.5 泄漏后果计算方法50-51
4.2.6 模糊规则库51-52
4.2.7 解模糊化52 4.3 泄漏气体在水面上方扩散过程研究52-60
4.3.1 扩散模型介绍53-57
4.3.2 影响天然气泄漏扩散的因素57-59
4.3.3 气体扩散系数的确定59-60 4.4 天然气管道泄漏形成火灾危害研究60-63
4.4.1 喷射火物理特征60-63
4.4.2 火灾伤害模型63 4.5 天然气气云爆炸危害研究63-65
4.5.1 蒸气云爆炸特征64-65
4.5.2 爆炸伤害模型65 4.6 本章小结65-66第5章 天然气管道水下泄漏后果实例分析66-84 5.1 气体泄漏速率计算66-67 5.2 泄漏后果严重程度计算67-73
5.2.1 失效概率的模糊风险评价67-69
5.2.2 泄漏后果事件发生概率计算69-70
5.2.3 泄漏后果事件权重确定70-71
5.2.4 泄漏后果严重程度等级确定71
5.2.5 泄漏后果严重程度计算71-73 5.3 泄漏气体在水面上方扩散分析计算73-77 5.4 喷射火危害分析计算77-80 5.5 蒸气云爆炸危害分析计算80-82 5.6 本章小结82-84第6章 结论与展望84-86 6.1 结论84-85 6.2 展望85 6.3 创新性描述85-86致谢86-87参考文献87-91攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果91
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一种针对天然气管道周围区域的风险评价研究
作者单位：
西南石油大学建筑工程学院
母体文献：
第二届中国管道完整性管理技术交流暨标准宣贯大会论文集
会议名称：
第二届中国管道完整性管理技术交流暨标准宣贯大会
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中国石油学会
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