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入廊天然气管道泄漏扩散模拟与危险性分析

王雪梅  
【摘要】:发展城市地下综合管廊,不仅高效得利用了地下空间,而且为管线提供了充足的运维空间,从根本上避免了马路拉链现象的发生。天然气管道是高危管道,入廊后使管廊的运行存在安全隐患,目前对于综合管廊内各种管线安全防范技术方面的研究还未成熟,管廊内管道安全设计的相应规范规定也不够完善。开展入廊天然气管道的泄漏扩散及危险性的研究,对保障入廊管线的安全运行有实际意义。本文研究的是入廊天然气管道发生泄漏扩散的工况。首先依据规范并参考实际工程调研结果,对纳入城市综合管廊中的天然气管道及独立舱的特征进行分析。然后针对本文要研究的工况,建立了数学模型,包括三大基本方程和组分输运方程和混合气体密度方程构成的封闭的天然气流动扩散方程组。应用有限体积法对方程组进行离散化处理,湍流模型为考虑浮力修正的k-ε模型。利用FULENT软件对不同边界条件下天然气的浓度分布进行数值模拟,结果表明,小孔泄漏时,舱室内天然气浓度和速度均分层分布,均是上层高,下层低;大孔泄漏时,扩散作用更强,浓度分层现象不明显,流速分布紊乱;泄漏速度越大,天然气在舱室内的扩散就越剧烈,扩散范围越大,舱室内同一位置处的天然气浓度越高。无通风时,天然气在独立舱室内泄漏后呈对称分布;有通风时,天然气明显偏移,而且风速越大,舱室天然气浓度越低,通风效果越好。对入廊天然气管道泄漏扩散后的危险性进行研究。以独立舱室内天然气体积分数的1%为报警浓度,研究了不同因素对独立舱室内危险区域及报警时间的影响,结果表明,同一时间,泄漏孔径和泄漏速度越大,泄漏孔附近的天然气浓度越高,危险区域越大;风速越大,管道舱同一位置处的天然气浓度越低,但天然气管道舱危险区域随风速的增大而增大。依据文中测点布置方案,考虑距离天然气泄漏孔左端7.5 m的最不利测点,泄漏孔径从5 mm增加到40 mm时,报警时间从13 s缩短到3.5 s;泄漏速度从50 m/s增加到150 m/s时,报警时间从18 s缩短到4.8 s;风速从1 m/s增加到4 m/s时,报警时间都在5 s以内,表明风速变化对远端测点的报警时间影响不大。最后对特定工况下天然气燃爆后果进行分析,采用TNT当量法对爆炸后果计算,从而为综合管廊内天然气管道舱的通风设计及安全运行提供理论依据。


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