高压掺氢天然气管道泄漏扩散与失效后果的数值模拟研究

针对高压管道在失效泄漏后产生的欠膨胀射流问题,利用Birch理论模型用伪源代替实际管道的泄漏孔。在不同掺氢比（HBR）、泄漏孔直径、管道运行压力的条件下,研究了掺氢天然气（HDNG）管道泄漏扩散后果区体积分数分布情况、爆炸危险边界、爆炸危险范围的变化规律。结果表明,随着HBR的增加,减少了泄漏扩散后HDNG的聚集,爆炸危险范围逐渐减小,远端危险性降低;随着HBR的增加,爆炸危险边界高度降低,近端危险性增大;随着泄漏孔直径与管道运行压力的增加,泄漏扩散后HDNG的影响区域扩大,爆炸危险边界高度上升,爆炸危险范围逐渐增大,远端危险性增大。     

某天然气长输管道线路截断阀保护能力研究

为了研究国内天然气长输管道线路截断阀对管道压力异常变化的保护能力,采用SPS与OLGA软件计算并分析了某实际天然气长输管道在可能出现的事故工况下线路截断阀的自动截断保护能力。研究结果表明,在管道实际运行工况下,当发生主管道破损、旁通管破损等事故时,上下游线路截断阀无法全部实现保护功能,因此,建议针对不同线路截断阀分别进行研究与优化,提高事故状态下线路截断阀的自动截断的保护能力。     

音波检漏系统在塔雅天然气管道的应用

管道泄漏监测对于保障天然气长输管道的安全运行意义重大。本文介绍了音波管道泄漏监测系统的工作原理,并详细介绍了该系统在中石化西北油田分公司油气运销部塔雅天然气管道应用情况,为保障塔雅天然气管道的安全运行,分析了目前运行中存在的问题。     

天然气管道泄漏点的定位检测方法研究

将负压波法应用到天然气输气管道的泄漏检测与定位中，分析了影响负压波传播速度的因素，修正了定位公式，利用小波技术对负压波信号进行了消噪处理并捕捉了压力突降点，提高了检测灵敏度与定位的精度，仿真实验证明了此方法的有效性．     

架空天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对天然气管道穿孔泄漏扩散问题,结合有限容积法,建立了天然气管道不同泄漏位置的CFD仿真模型,分别对天然气管道上部、下部、迎风侧及背风侧等4种工况的泄漏扩散进行了数值模拟。研究结果表明,下部泄漏比上部泄漏气体更贴近地面且不易扩散,且横向危险范围也比上部泄漏大30～70m;迎风侧泄漏与背风侧泄漏情况相似,但迎风侧泄漏危险区域的纵剖面面积更大,更危险。应用数值方法模拟管道穿孔扩散问题,给出了不同工况下的泄漏范围,为天然气管道泄漏的安全输送及安全抢修提供了理论依据。     

天然气掺氢燃烧技术在旋流式燃气灶上的数值模拟研究

为研究天然气掺氢后在家用燃气灶上的燃烧特性变化,将天然气掺氢燃烧技术应用于家用旋流式燃气灶上,进行数值模拟和热态实验。首先对详细燃烧机理GRI-Mech 3.0进行了简化,通过对比验证,简化机理与详细机理的计算误差小于1%。然后使用简化机理进行燃气灶的数值模拟,将数值模拟与热态实验计算结果进行对比分析,发现燃烧区域平均温度的最大误差不超过12%,证实了数值模拟的可行性。最后进行了天然气掺氢工况的数值模拟,结果表明家用燃气灶的一次空气系数随着掺氢体积分数的提高逐渐上升,对燃烧特性影响较大。同时,掺入体积分数15%的氢气后,CO排放的摩尔分数降低了约9%;燃烧区域平均温度基本保持稳定,证实了天然气掺氢技术的有效性。研究成果为天然气掺氢燃烧技术在燃气灶上的推广应用提供参考。     

埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对天然气管道不同损伤过程中的泄漏扩散问题,利用FLUENT软件,建立CFD仿真模型,研究了泄漏口大小对天然气泄漏扩散范围的影响。以山区与城镇交界处的天然气埋地管道为例,考虑风速随高度的变化和关闭阀门后泄漏率随时间的变化,对天然气泄漏扩散进行数值模拟,编写导入FLUENT的UDF程序并对风速和泄漏率进行了修正。实例计算结果表明,扩散范围随着泄漏口的增大而变大,在泄漏口直径为6.35、25.40mm和101.60mm时,天然气爆炸下限距地面高度分别可达92、122m和408m,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离分别可达322、770m和1 291m;由于天然气受管道上层土壤的影响而损失大量湍能,因此泄漏气体在地表和土壤中扩散时,泄漏气体在地表的扩散范围大于在土壤中的扩散范围,其中泄漏口直径为101.60mm时扩散范围最大,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离在地表和土壤中最大分别可达80m和105m。     

埋地天然气管道泄漏数值模拟

给出了天然气管道泄漏几何区域图形,建立了天然气泄漏控制方程,基于控制体积原理和多孔介质理论,利用计算流体力学软件对埋地天然气管道泄漏过程进行了数值模拟。通过模拟,得到了天然气在土壤和空气中泄漏浓度分布,并分析了风速对天然气组分的扩散影响规律,确定了安全区域,为天然气管道泄漏应急救援和安全管理提供了理论依据。     

基于FLUENT的架空天然气管道泄漏数值模拟

建立了天然气管道在空旷地面发生泄漏的三维模型,对高速泄漏区域进行了网格细化。利用 CFD商业软件 FLUENT 6.3对泄漏过程进行模拟,考察了大气风速、泄漏初速度和泄漏口形状（圆形和菱形）对泄漏的影响。模拟结果表明,风速对天然气泄漏喷射射流角度有较大影响,扩散范围随扩散高度而增大;泄漏初速度对天然气喷射高度有较大影响,扩散高度随泄漏初速度的加快而变高;圆形泄漏口的硫化氢泄漏范围最宽。研究结果对加深长输天然气管道泄漏扩散规律的认识、事故的预防具有一定的意义。     

天然气管道氮气置换过程混气段数值模拟

通过建立管道模型,给定边界条件,在Fluent软件中进行求解器设置后,运用组分输运模型模拟分析了氮气置换过程中混气段的特性。由分析得到：入口处混气头形状随入口速度增大由“直线”形状过渡到“子弹头”形状;在速度方向上,混气段氮气体积分数沿管道轴线呈线性规律递减,随着时间延长,扩散范围不断变大;氮气置换速度随着入口流速的增加而增大,置换初期,混气段长度增长速度快,大于置换后期;管道置换长度随时间增加而增大,置换速度越快,管道置换长度增长越快,管道置换效率随着流速的增加而增大,但是增长率呈下降趋势。     

城市埋地天然气泄漏三维数值模拟

随着我国天然气事业的发展,天然气管道规模也在不断扩大,与此同时也带来了安全上的隐患,城市天然气管道泄漏事故频繁发生,严重影响了城市居民的生命及财产安全。主要介绍了城市天然气管道泄漏数值仿真和数值模拟的基本理论,考虑泄漏过程中风场对泄漏的影响,分析了近地面处风场的变化,建立了埋地天然气管道泄漏模型。设定泄漏扩散发生在大气环境,选取CFD软件对网格进行划分并进行局部加密,进行了风场的稳态模拟。在风场达到稳态后,改变后处理边界条件,再对泄漏进行瞬态模拟,得出天然气泄漏扩散随时间的变化规律,定量分析了风速对泄漏扩散的影响。结果表明,建筑物对风场存在干扰,在泄漏过程中气体聚集在近地面及贴近建筑物周围,随着风速的增加,稳态扩散高度降低,但风场对水平扩散的影响较小,风速越大泄漏气体稀释效果越明显,所造成的危险区域越小。     

建筑物条件下埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对城镇埋地天然气管道泄漏扩散过程, 考虑多建筑物条件下不同组分、 不同浓度的气体扩散规律, 利用计算流体力学( CFD) 软件建立埋地管道泄漏扩散过程的三维物理模型, 将环境风场和泄漏速率以用户自定义函数形式引入边界条件中, 将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和泄漏扩散的瞬态模拟两步, 又将泄漏扩散过程分为持续泄漏扩散和管道阀门关闭后的泄漏扩散两个阶段, 分析天然气的泄漏扩散规律。结果表明, 环境风场的稳态模拟是十分必要的, 建筑物附近流场存在三个低速区, 建筑物边缘存在较大的速度梯度; 天然气的持续泄漏扩散阶段呈现土壤层局限扩散、 上游低速区积聚、 气云浮升、H₂S的沉积扩散等特征, 在阀门关闭后的阶段呈现气体扩散延续性、 气云由上而下消散等特点; 在本文工况条件下, H₂S比CH₄的扩散范围大, 消散时间晚, 危险性更大。     

天然气管道氮气隔离混气长度研究

基于一维混合模型研究天然气管道投产过程中气体的混合规律,利用Taylor、Taylor-CW、G.R.I 3种不同方法分别计算出气体扩散系数及投产过程中形成的天然气-氮气混气段长度,分析了管道置换过程中影响混气长度的主要因素,包括管长、管径及流速。由Taylor-CW方法计算出的结果与现场数据最为接近,用该方法验证国内3条已投产管道所得的相对误差分别为39.7%、23.4%、22.0%。     

含硫天然气泄漏扩散的三维数值模拟

研究燃气管道的泄漏,目的在于定性和定量地分析评价泄漏可能带来的危害。基于FLUENT软件,用GAMBIT建立三维泄漏模型,对含硫天然气管道泄漏及扩散进行了三维数值模拟。结果表明：硫化氢的存在增加燃气管道的泄漏危险区域;在自由扩散状态下,泄漏气体主要集中在泄漏口上部,且危险区域较小;当存在环境风时,泄漏危险区域向下风向下移,形成气体聚集区域,而上风向气体较少。可见,硫化氢和环境风的存在,使含硫天然气泄漏扩散的危险范围增大。     

管输过程中天然气水合物沉降规律计算研究

天然气水合物具有气含率高、污染低、储量大等优点,具有良好的发展前景,因此对天然气水合物进行研究很有必要。以海底输送管道为研究背景,在多相流模型的基础上,建立了基于有限体积法的天然气水合物气-固两相流问题的数学模型,并进行了数值计算与分析,得出了直径差(管径与通流直径之差)与距管道入口距离之间的关系。设定管道入口流速和管径规格为定值,通过直径差分析了管道中水合物的堆积位置。计算结果表明,在其他条件不变的情况下,随着距管道入口距离的增加,直径差的变化规律符合Gauss曲线函数,并对此进行了拟合,得到了Gauss函数方程,利用此方程在给定管道位置的情况下能计算直径差。最后,通过改变管径大小进行了模拟和分析,得知Gauss函数方程也适用于不同管径的管道,可为预测水合物在管道中的堆积位置以及提高天然气水合物输送效率提供理论依据。     

起伏地区天然气管线清管过程分析研究

研究清管过程中气液两相流流动特征,有助于管线本身及上下游设备的设计和操作。因此,采用多相流瞬态模拟软件OLGA,对起伏地区天然气管线清管过程中气液两相流动规律进行了研究,重点分析了清管过程中的流型、压力、持液率、清管速度、积液量等参数的变化规律。结果表明,由于清管过程中地形起伏较大,气液两相流体出现了分层流、段塞流和环状流等3种流型;管道入口处压力最大,沿程压力逐渐减小,压力波动情况与流体持液量和地形有关;清管器速度总体上波动不大,平均速度为3.5～3.8 m/s;清管过程中出现的最大液塞段长度达到3 851.0 m;持液率不断变化,最大清出液量接近300 m3。研究结果对地形起伏地区天然气管线的清管作业具有一定的实际指导意义。     

天然气管网经济效益研究与系统设计

我国天然气管网已经形成全国性供气网络,管网在保证全国供气的可靠性与连续性等方面具有重要意义。然而,管网存在诸多问题有待解决:天然气调度复杂、输配任务繁重;管网进出气点、分输点、管线、输配气场站数量众多;管径规格、压力等级差异大,现有调配制度仍以进出气平衡为主要标准,未能充分考虑用户、输气效益等问题。因此,研究了各管网公司管输费计算、最佳输气路线计算,并引入改进的单纯型法优化现有输气方案,同时开发出了相应软件便于工作人员使用,为该管网安全可靠经济的输气性运营提供支撑。