天然气管道泄漏扩散规律的数值模拟.pdf

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1、第 4 3卷第 1 0期 2 0 1 4年 1 0月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V O 1 4 3N 0 1 0 O c t o b e r ，2 0 1 4 天然气管道泄漏扩散规律的数值模拟 刘寰宇，林杭 ，李晋，卢江涛，程猛猛 ( 辽宁石油化 1 ： 大学， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1) 摘 要：近年来 ，由于天然气管道泄漏而 导致火灾 、爆炸的风险，对群众的安全 、企业财产和环境等造成 极大的威胁 ，冈此，通过分析管道的泄漏模 ，制定相应的对策保障天然气管道系统的安全 、可靠的运行

2、是非 常有意义的。本文利用 F L U E N T对天然气管道泄漏扩散规律进行了数值模拟，得到了甲烷的扩散规律及浓度分 布规律 ，为有效预测天然气泄漏扩散的影响范围提供了依据。 关键词：天然气 i泄漏口直径； F L U E N T ；数值模拟 中图分类号：T E 8 3 2 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 4)1 0 2 1 7 1 0 4 S i m ul a t i o n s t ud y o f na t ur a l g a s pi pe l i n e l e a ka g e a c c i de nt L I UHu a n -

3、y u ，L I NHa n g， L I J i n ， LUJ i a n g - t a o ， C HE NG Me n g - me n g ( L i a o n i n g S h i h u a U n i v e r s i t y ， Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n r e c e n t y e a r s ， d u e t o t h e n a t u r a l g a s p i p e l i n e l e a k a n d c a u s e

4、a r i s k o f fi r e ， e x p l o s i o n ， t h e s a f e t y o f p e o p l e ， p r o p e r t y a n d t h e e n v i r o n me n t ， s u c h a s e n t e r p r i s e c a u s e d g r e a t t h r e a t ， the r e f o r e ， t h r o u g h t h e a n a l y s i s o f p i p e l i n e l e a k a g e mo d e l t o d

5、 e v e l o p a p p r o p r i a t e me a s u r e s t o p r o t e c t the s e c u r i t y o f n a t u r a l g a s p i p e l i n e s y s t e m a n d r e l i a b l e o p e r a t i o n i s v e r y me a n i n g f u1 I n t h i s p a p e r ，F L UE NT f o r n a t u r a l g a s p i p e l i n e l e a k wa s s

6、i mu l a t e d d i ff u s i o n l a w,h a s b e e n t h e p r o l i f e r a t i o n o f r u l e s a n d d i s t r i b u t i o n o f me t h a n e c o n c e n tr a t i o n ， p r o v i d e a b a s i s for p r e d i c t i n g t h e s c o p e o f e ffe c t i v e d i ffu s i o n o f g a s l e aks Ke y wo

7、r d s ： Ga s； L e a k h o l e d i a m e t e r； F L UENT ； Nu me r i c a l s i mu l a t i o n 1 研究背景意义 我国是世界上较早开采天然气的国家之一。现 今，在大庆、辽河、华北、 胜利、中原和新疆等各 大油气田都有不同管径的输气管道。随着 “ 西气东 输”等各大工程的建设 ，天然气的产量的大幅提升 已成为我国经济发展不可或缺的资源。 天然气是一种由多种组分组成的混合气体，其 主要成分是甲烷，一旦泄漏将危害人的健康。由于 天然气管道容易发生泄漏而导致火灾 、 爆炸的风险， 其对广大人民群众的生命及财产安全

8、、企业财产、 环境等造成极大的威胁，因此 ，通过分析天然气管 道的泄漏模型 ，制定相应 的对策改进天然气管道的 传统的安全管理模式， 保障天然气管道系统的安全、 可靠、有效和高效的运行是非常有意义的。 2 国内外研究现状 2 1 国外研究 国外对天然气管道泄漏过程的模拟和研究始于 上世纪七八十年代 ， 但现今，对此领域的研究仍然 十分活跃。在此期间，学者们进行了大量的实验， 根据实验结果提出了许多著名的气体扩散模型。其 中较为经典的有高斯( G a u s s i a n ) 模 型， B M( B r i t t e r a n d Mc Q u a i d)模 型，S u t t o n模

9、 型，F E M3( 3 一 D F i n i t e E l e m e n t Mo d e 1 )模型等多种模型。 2 _ 2 国内研究 国内有关此方面的研究起步相对较晚，主要是 针对国外科研人员提出的气体扩散模型进行改进和 优化，只进行了较少的风洞实验。总体来说，与国 外相比，我国在气体扩散模型方面的研究正处于初 步阶段。在我国，较早涉及气体扩散问题的研究单 位是一些大气研究机构 ，主要是针对城市大气的污 染情况进行研究 ，基本上采用的都是高斯模型【 l 。 近几年，一些高校等也在研究易燃、易爆气体 泄漏扩散问题 。大连理工大学的一些科研人员， 以气体动力学为基础，通过对气体微元进行

10、质量、 动量、 能量平衡的分析， 提出了一种新的扩散模型。 为了验证该模型的合理性，设计了简易风洞，在不 同的条件下对轻重气体进行了风洞试验，得到模型 的计算结果与试验数据较为吻合 一 。 基金项 目： 2 0 1 3年国家级大学生创新创业训练项 目，项 目编号：2 0 1 3 1 0 1 4 8 0 4 0 。 收稿 日期： 2 0 1 4 - 0 7 2 2 作者简介： 刘寰宇 ( 1 9 9 3 一) ，男，研究方向：过程装备与控制工程。 通讯作者 ： 李晋(1 9 7 5 一) ，女，副教授 ， 硕士学位 ， 现从事于石油化工设备 、 油气管道输送技术等方面研究工作。E - m a i

11、 l ：l i j i n f y 1 6 3 C O rn 。 2 1 7 2 当 代 化 工 2 0 1 4年 1 0月 2 3 研究的基本内容 3 4 一般泄漏模型速率计算 近年发生了多起天然气管道泄漏事故，事故的 发生危及人民群众生命安全， 造成严重 的经济损失， 对生态环境造成破坏。本文基于某地区天然气管道 泄漏事故现场监测数据进行一系列数值模拟 ，主要 研究 内容如下所示 ： 在风速和泄漏口 径一定条件下，模拟山谷地形 的管道泄漏扩散模型， 泄漏速率分别为 3 0 m s 和6 5 r r d s 情况下 的模拟过程。 气体泄漏时，随着流动状态的改变， 泄漏速率 计算公式会发生变化

12、。目前普遍利用气体泄漏速率 与其流动状态有关这一特性，通过判断泄漏时气体 流动属于声速流动 ( 临界流 )还是属于亚声速流动 ( 次临界流 ) 来确定泄漏速率模型 。 ，、 如果 f ， 那么气体的流动就属于亚 P 七+1 音速流动 ，此时泄漏量为 ： q = A o ， P ( 6) 该模型适用于泄漏管道内气体压力恒定的工况， 且将天然气视为不可压缩流体，计算较为方便。但 该模型在输气管道内有压力降低的情况下就不再适 用。 4 山谷地形模拟分析 4 1 不同泄漏速率的扩散模拟 环境温度为 2 8 0 K，泄漏 口径为 0 0 5 m，天然 气泄漏速率分别取 3 0 m s 和 6 5 m s

13、 进行数值模拟， 用 G a m b i t ，F l u e n t 软件进行前期处理 ，并用 T e c p l o t 软件进行后处理，处理结果如下所示。 m 1 1 1泄漏速率为 3 0 m s的甲烷扩散云图 2 l 7 4 当 代 化 工 2 0 1 4年 1 O月 【 2 王晓利 ， 唐斌 ， 邓静秋成都市 s 0 扩散模型研究J 1 _环境科学丛刊， 1 9 9 2 1 2 ( 2 ) ： 5 45 7 3 王建平 ，韩盛昌吉市大气扩散模型的建立与探讨【 J J 干旱环境监 测 ，1 9 9 4 ，8 ( 4 ) ：2 3 1 2 3 6 4刘洪洋天然气输送管道泄漏因素分析 J

14、当代化工，2 0 1 4 ， 4 3(3) ：3 8 9 3 91 5丁信伟 ，王淑兰 ，徐围庆 可燃及毒性气体扩散研究【 J J 化学工程 ， 2 0 0 0 2 8 ( 1 ) ： 3 3 3 6 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 1 安全与环境学报 ，2 0 0 3 ，3 ( 3 ) ： 2 52 8 7 胡夏琦 含硫化氢高压天然气管道泄漏的数值模拟f D 】 硕士学位论 文 ，中国石油大学泮 东) ： 2 0 0 6 ( 上接 第 2 1 7 0页 ) 3 结 论 通过以上分析可以得出， 鹤管类型( 不同直径 ) 影响着油品装卸车时管内油流的压

15、力及速度分布。 当输油管装车流速一定时，集油管及管径小的鹤管 内流速及压力均比鹤管管径大的有所增加；当卸车 鹤管流速一定时，由于管径小的鹤管内流量较小 ， 导致集油管内油品的压力及速度均较管径较大的有 所降低；考虑到静电及其他对油品安全输送影响的 因素，油品装车时鹤管内流速受到一定限制，所以 准确分析铁路油槽车装卸油品时的管内运行工况分 布，对合理选择装卸油鹤管及油品的安全输送具有 重要意义。 参考文献： f 1 朱华平 ，张新智 。王钧盛 ，等 铁路槽车轻油卸车鹤管计算机辅 助设计 J 科技创新与应用 ，2 0 1 3 ，3 3 ：1 3 2 刘闯装卸油设施计算【 J 内蒙古石油化工，2 0

16、 1 3( 2 ) ：4 1 4 3 3 高振乔 关于铁路槽车轻油卸车工艺的探究和改进建议 J 石油 库与加油站 ，2 0 1 2 ，6( 2 1 ) ：1 - 4 4 郭光臣，董文兰，张志廉 油库设计与管理 M 东营： 中国石油大学 出版社， 2 0 0 6 ：4 1 4 4 5 赵双奇 高位大鹤管装车油品流动状态及流速情况的探讨f J 1 化 工劳动保护( 安全技术与管理分册) ，1 9 9 7( 5) ：1 1 - 1 3 6 杨筱蘅 输油管道设计 与管理 f M】 东营： 中国石油大学 出版社， 2 o o 6 ： 4 l 4 4 7 李小月 ，刘德俊，杨帆，等 稠油输送管道掺 o #

17、 柴油运行费用优 化f J 1 - 油气储运， 2 0 1 3 ， 3 6 ( 1 2 ) ： 1 2 8 2 1 2 8 4 8 王峻哗 ，葛晓陵，吴东棣 分支流理论研究进展 J 1 力学进展， 1 9 9 8 ，2 8( 3 ) ：3 9 2 - 4 0 1 9葛磊，高志国，申龙涉，等 爬坡管道顺序输送混油特性的数值模 拟l J l_ 辽宁石油化工大学学报， 2 0 1 2 ， 3 ( 3 2 ) ： 5 0 5 3 1 0 朱红钧，林元华， 谢龙汉，等 流体分析及仿真实用教程 M 北京 人民邮电出版社， 2 0 1 0 ： 1 0 7 1 0 9 立邦建筑涂料事业群 刷新精彩 2 0 1

18、 4 2 0 1 4年 2月 2 8日，中罔上海，建筑涂料市场近年来悄然发生变化。作为行业领导品牌，立邦中国( N i p p o n P a i n t C h i n a ) 已嗅到趋势，并开始寻找应对之道。立邦中国区总裁兼建筑涂料事业群总裁钟中林( E r i c C h u n g ) 表示， 过去中国快速的城市建 没，让涂料成为了刚需。然而近两年城市发展趋缓 ， 消费者对涂料的需求开始由需要向想要转变。能否提供优质产品与更好 的服务成为涂料品牌差异化竞争的关键。 作为立邦中国重要组成部分 ， 建筑涂料事业群今年将继续在产品和服务上下功夫。 具体而言， 立邦建筑涂料将进一步发 展市场渠

19、道、产品技术和产品涂装系统。去年年底 ， 立邦建筑涂料事业群收购了广州秀珀化工和欧龙漆品牌，新增地坪涂料 和防水两大产品技术 ，而欧龙漆保持着在上海地区木器漆市场的领导地位，其产品已分销至中国四百多个城市。此外，结合 外墙涂料的推广， 立邦将一起推广与之配套的外墙外保温系统， 建立产品和涂装系统一体化的市场难以复制的创新销售模式 ， 整合所收购实体的资源，帮助其开辟创新销售渠道。 除了应对市场需求变化做出经营策略的调整 ，立邦建筑涂料也在寻找新的增长点。开拓建筑涂料衍生相邻市场( 基材和 辅材等) 的发展空间，便是尝试之一。“ 再好的涂料 ，都离不开基材与辅材的支持。 ”钟中林认为。立邦的基材

20、及辅材包括内 外墙面的底材系统、厨卫底材系统及处理工具 、 辅助材料。目 前立邦提供高耐久 、 环保的底材产品， 并整合超过 3 0 家国际 品牌的辅助材料与工具供应商 ， 与立邦的优质涂料形成整体的涂装体系。 对于立邦建筑涂料事业群而言， 作为未来长远的发 展战略之一，系统化的涂装体系不但是增长的亮点 ，更重要的是让用户真正享受到立邦高品质与系统化的服务。 2 0 1 4年伊始，立邦中国建筑涂料事业群举办了 “ 美自己，刷新 2 0 1 4“ 新春年会，关于今年建筑涂料事业群的发展思 路，钟中林现场致辞表示：不仅要呼应母公司立时集团( N i p s e a G r o u p )“ 精益成

21、长”( L e a n F o r g r o w t h ) 的管理文化提升外部市场 商业竞争力，而且还将通过立邦中国 “ 萌”的企业文化提升事业群的执行力。“ 精益成长”( L F G ， L e a n f o r G r o w t h ) 是立时集团 ( N i p s e a G r 0 u p ) 2 0 1 2年起致力形塑的管理文化，经由四个面向”聚焦稳健增长、质量优先、提升效率 、优化收益” ，打造全新 的运营成长契机。新春年会上，为庆祝包括建筑涂料事业群在内的立邦中国去年完成了 2 0 1 3 年初设定的 1 5 的高幅度精益 目 标，各部门员工倾情奉上了形式多样的 “ 蒴 “ 主题节目，以表对精彩 2 0 1 4的期待和美好祝愿。“