天然气管道泄漏扩散事故危害评价

【摘要】： 管道运输是天然气输送比较安全经济的一种方式。与其它工程结构一样,输气管道在运行过程中也会受到多种内外因素的干扰,如管道腐蚀、材料缺陷、第三方破坏等,从而导致管道发生孔口泄漏或断裂。天然气泄漏后扩散到大气中,若达到一定浓度并遇到火源就可能发生燃烧或爆炸,造成严重的人员伤亡和巨大的国民经济损失,同时带来恶劣的社会及政治影响。因此,对可能发生的天然气管道泄漏事故进行定量风险评价,从而把输气管道的盲目被动维修变为预知主动性维护,以达到风险最小、效益最大的目标。 本文重在研究天然气管道泄漏扩散规律及危害后果的分析,目的在于对可能发生的泄漏事故的影响范围做出定量评价。本文首先简要介绍了国内外气体泄漏扩散及事故分析研究的现状。然后对射流理论进行分析,应用计算流体力学理论,系统地研究了输气管线泄漏后泄漏率的计算模型,分别为小孔模型、大孔模型及管道模型,并得出各自的使用范围: d / D≤0.2时,使用小孔模型;0.2≤d / D≥0.8时,使用大孔模型; d / D≥0.8时,使用管道模型。根据流体力学和热力学等相关知识,建立起天然气泄漏后在大气中扩散的控制方程,采用计算流体力学仿真软件Fluent对天然气泄漏扩散进行模拟,并分析泄漏孔径、风速以及障碍物等因素对扩散结果的影响;较为系统地比较了各种气体扩散模型,选择高斯模型计算出输气管道泄漏扩散危害区域,并得出扩散区域与泄漏孔径、风速之间的关系;最后,系统地归纳出输气管道泄漏事故树,建立起喷射火、火球以及蒸气云爆炸危害的物理模型和危害模型,界定了以事故点为中心的不同程度危害半径,得出各种事故模型的危害程度均随着距事故点距离的增加而逐渐降低,最后趋于平稳的结论。 本文以理论分析和计算机仿真等手段对输气管道泄漏扩散造成的危害范围以及事故后果进行了较为全面的分析和应用研究,采用的方法和得出的结论对输气管道泄漏事故的定量风险评价具有一定的参考价值。 【关键词】：天然气 管道 泄漏 扩散 定量风险评价
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TE88
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 气体泄漏扩散研究现状12-14
• 1.2.2 输气管道失效后果分析研究现状14-16
• 1.3 本文的研究工作16-17
• 第2章 天然气管道泄漏理论与模型17-30
• 2.1 气体紊动射流理论17-19
• 2.2 气体流动基本控制方程19-21
• 2.3 天然气管道稳态泄漏模型与模型分析21-29
• 2.3.1 小孔泄漏模型23-24
• 2.3.2 管道泄漏模型24-25
• 2.3.3 大孔泄漏模型25-27
• 2.3.4 三种模型的模拟计算与分析27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 天然气管道泄漏扩散Fluent 模拟研究30-42
• 3.1 天然气扩散模型的建立30-31
• 3.1.1 天然气扩散过程基本方程30-31
• 3.1.2 湍流模型的确定31
• 3.2 天然气泄漏扩散Fluent 软件模拟31-37
• 3.2.1 Fluent 软件模拟步骤32
• 3.2.2 物理模型的建立32-33
• 3.2.3 网格的绘制33-34
• 3.2.4 初始条件和边界条件的设置34-35
• 3.2.5 标准状态下的模拟结果及分析35-37
• 3.3 不同条件对天然气泄漏扩散的影响37-41
• 3.3.1 泄漏孔径对天然气泄漏扩散的影响38
• 3.3.2 风速对天然气泄漏扩散的影响38-40
• 3.3.3 障碍物对天然气泄漏扩散的影响40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 天然气管道泄漏扩散危害区域的确定42-56
• 4.1 泄漏扩散模型的选择42-44
• 4.1.1 唯象模型42-43
• 4.1.2 Sutton 模型43
• 4.1.3 FEM3 模型43-44
• 4.1.4 高斯模型44
• 4.2 扩散模型的建立44-46
• 4.2.1 高斯烟羽模型45
• 4.2.2 高斯烟团模型45-46
• 4.3 扩散系数的选取46-49
• 4.3.1 气体扩散参数的影响因素46-48
• 4.3.2 气体扩散系数的确定48-49
• 4.4 天然气管道泄漏扩散危险区域的划分49-50
• 4.5 泄漏危害区域评价实例50-55
• 4.5.1 连续型泄漏分析50-53
• 4.5.2 瞬时型泄漏分析53-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第5章 天然气管线泄漏危害区域安全性评价56-83
• 5.1 天然气管线泄漏危害模型的建立56-68
• 5.1.1 喷射火模型的建立56-62
• 5.1.2 火球模型的建立62-65
• 5.1.3 蒸气云爆炸模型的建立65-68
• 5.2 天然气管线泄漏伤害评价模型68-73
• 5.2.1 火灾伤害模型68-70
• 5.2.2 爆炸伤害模型70-73
• 5.3 天然气管线泄漏失效后果评价实例73-82
• 5.3.1 喷射火模型危害分析73-77
• 5.3.2 火球模型危害分析77-79
• 5.3.3 蒸气云爆炸模型危害分析79-81
• 5.3.4 三种危害之间的比较分析81-82
• 5.4 本章小结82-83
• 结论83-85
• 参考文献85-90
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果90-92
• 致谢92

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