《天然气管道泄漏事故模拟与分析》
本文是天然气管道类学士学位论文范文与天然气管道和泄漏事故和模拟类论文例文.
[摘 要]以正在生产的高含硫单井管线为模型,通过数学建模,软件计算等手段对高含硫天然气管线泄漏事故进行模拟,分析管线泄漏后硫化氢气体在空间中的分布规律及影响因素.结果表明：含硫量、泄漏口面积、管线内部的压力等因素决定了泄漏量的大小,环境风速控制泄漏时的形态和硫化氢在空间中的浓度.
[关键词]硫化氢 天然气管道 气体扩散 数值模拟
中图分类号：C61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）05-0361-01
1.工程概况
第六采气厂目前管理气井数838口,投运集气站27座,管理天然气集输干线4条,支线27条,日生产天然气总量500万方,外输商品气量470万方.其中,下古气井硫化氢含量在3000mg/m3以上的气井约48口,主要生产层位为盒8、山1、马五,其中正在生产的高含硫气井约25口,日生产气量约40万方,占全厂生产气量8%,占下古生产气量的11%.
2.建立泄漏模型
2.1建立物理模型及环境条件
以苏南19站G37-021单井管线作为参考原型,设一根长度为9.7Km,管线规格为Φ76×8/9的平直管线,日输气量大约为8万方,压力7Mpa,硫化氢含量约为3000mg/m3的输气管线,由于管线腐蚀造成一个直径大小约为20mm的圆形破裂面,天然气泄露方向与水平面垂直.
假设地形为平原,环境温度为20℃,风速为5m/s,环境压力为标准大气压,井口截断阀未座落,天然气泄露时速度均匀且管线内压力不发生变化,不考虑地形影响,泄漏前后气体密度不发生变化,硫化氢不与任何物质发生反应,忽略泄漏口的温度影响.
2.2建立數学模型
天然气泄露的速度可以用伯努利方程进行计算.
式中：p—流体中某点的压势能；v—流体该点的流速；ρ—流体密度；g—重力加速度；h—该点所在高度.
因为泄漏点假设在水平面上,重力势能忽略不计,因此仅考虑压势能与动能的关系.
假设天然气从泄漏口喷出时为一个横截面直径为20mm的小型圆柱体,那么泄露的速度（源强）可以表示为：
式中：C0—孔流系数
泄漏方式为点源,连续泄漏,风向稳定,因此采用烟流扩散公式来描述硫化氢在空间中某点处的浓度：
式中：x、y、z—距离泄漏源的距离；u—风速； —横向、纵向、侧向扩散系数；He—有效排放高度.
本次模拟以二维平面为基准,侧风向距离Z不作考虑,泄漏点默认为X轴上某一点,故He等于0,因此,硫化氢浓度的公式推导为：
分析公式,可以得出泄漏到空气中的硫化氢浓度的与泄漏量成正比,与环境风速成反比.
3.FLUENT软件模拟及分析
3.1软件模拟
如果要描述整个泄漏过程中硫化氢浓度在空间中的变化,其计算工作量较大,得出的结果并不直观.因此,本文借助FLUENT15.0软件对泄漏过程进行连续计算,并通过浓度云图的方式来直观地反映泄漏过程.FLUENT软件是目前工业中常用的流体力学计算软件,其功能较为全面,适用性广,在研究气体扩散方面有着广泛的应用.
将建立好的物理模型作为初始条件和边界条件进行设置,经过软件模拟,当泄漏状态完全稳定后,得出硫化氢在空气中的浓度分布云图2和摩尔质量分布点阵图3.
硫化氢与空气的相对密度为1.189,属于重气,其扩散规律应符合重气扩散的四个阶段,即：初始阶段、重力沉降阶段和空气卷吸阶段、非重气扩散转变阶段、大气湍流扩散阶段.将FLUENT模拟的结果与重气扩散的一般规律相比较,基本吻合.因此,基本可以确认FLUENT的模拟结果与实际情况接近,具备可参考价值.
3.2.泄漏量的影响因素
通过数学建模我们发现：泄漏到空气中的硫化氢浓度主要由泄露量和环境风速两个变量所控制.泄漏量的影响因素较多,包括气体的初始动能、压势能、泄漏口的大小、形状、以及单位体积内所含硫化氢的浓度大小,其中,当管线中的压力保持不变的情况下,硫化氢的浓度大小以及泄漏口的大小与泄漏量正相关,因此着重分析气体泄漏的初始能量.
假设其他条件不发生变化,将模拟对象变为日输气量为2万方的天然气集输管线,其计算结果与日输气量为7万方的天然气集输管线几乎没有区别,
因此可以得出结论：气体泄露的初始能量大小仅由气体的压势能决定.
4.结论
1.含硫量、泄漏口面积、管线内压力决定了硫化氢的泄露速度,风向与风速控制硫化氢泄露时的形态和在空间中的浓度.
2高含硫天然气管线一旦发生泄漏,尽快对管线进行放空泄压,井口关停截断,可以有效地降低硫化氢泄漏量,控制事故危害程度.
3.高含硫天然气管线泄漏应急抢险的过程中,应遵循从上风向进入泄漏现场的原则；风速较强的情况下,还应遵循由高处向低处进入的原则；风速较弱的情况下,应从管线泄漏方向的反方向进入泄漏现场,最大程度避免高浓度硫化氢对人体造成的毒害.
参考文献
[1]王亚超,基于FLUENT的含硫天然气数值模拟研究[J]西安科技大学学报,2016,36.
[2]于洪喜,高含硫天然气集输管道泄漏扩散数值模拟[J].中国石油大学学报,2008,32.
[3]黎红胜,含硫天然气泄漏扩散事故后果三维数值模拟[J].工业安全与环保,2012,38.
此文结束语，本文是一篇关于经典天然气管道专业范文可作为天然气管道和泄漏事故和模拟方面的大学硕士与本科毕业论文天然气管道论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献.
天然气管道引用文献:
[1] 比较好写的天然气管道施工论文题目 天然气管道施工论文题目如何取
[2] 天然气管道施工外文文献 天然气管道施工参考文献怎么写
[3] 天然气管道施工论文大纲范本模板 天然气管道施工论文框架如何写
