燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟.doc

.
.
精选文档
精选文档
.
精选文档
城镇燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟
韩克顺天津城市建设学院天津
摘要:城镇燃气管道的分布区域人口及建筑众多,燃气管道一旦发生泄漏,将有可能造成重大的财产损失甚至人员伤亡。因此,为了量化城镇燃气泄露危害,针对管道不同的破坏情况及气源建立了燃气泄漏各种源模型以及扩散模型,并且建立了燃气管线动态泄漏扩散模型及伤害性危险范围。对第三方破坏所造成的城镇燃气管道泄漏模型进行了模拟,采用CFD技术对管道泄漏燃气的扩散进行模拟研究,获得了泄漏气体的扩散数值模拟结果,为城镇燃气管道安全运行提供了理论依据。
关键词:燃气管道;泄漏;泄漏模型;扩散模型;数值模拟
Abstract:Theareasthatcitygaspipelinesdistributedinalwayscrowdwithpeopleandbuildings,andoncegasreleasesthroughdamagedpipes,accidentswouldhappeninvolvingsubstantialeconomiclossesandevenvictimsamongstthepopulation.Therefore,inordertoquantifythehazardsofcitygasleak,differentleakageanddiffusionmodelswereestablishedaccordingthecharactersofgasandthedamage.Thediffusionmodelofunsteadyleakageofgaspipelineandthedamaginganddestroyingareaswereestablished.Basedonthecomputationalfluiddynamics(CFD)techniquethediffusionrangeofleakedgasduringaccidentofundergroundgaspipelinethatcausedbythethirdpartydamagewasstudied.Accordingtotheresults,thedispersionoftheleakedgaswasobtainedandprovidingthetheorybasisforsafetyoperationofcitygaspipelines.
Keywords:Gaspipelines;Leakage;Leakagemodel;Diffusionmodel;Numericalsimulation
由于管道老化、腐蚀、管材和焊缝缺陷等原因,尤其是随着市政建设的发展,城镇内违章施工挖断、压裂燃气管道的事故屡见不鲜,泄漏事故频发,引发火灾及爆炸事故,造成人员伤亡及环境污染的恶劣后果。燃气管道泄漏扩散的危险性主要在于两个方面:一是一定区域内燃气浓度达到阈限值,使人员中毒;二是一定区域内燃气浓度达到爆炸极限,范围内发生火灾或爆炸事故。针对这种情况,本文根据不同条件建立了相应适用的管道泄漏率模型,并应用FLUENT方法进行了城燃管道泄漏模拟。
1模型分析
1.1燃气泄漏源模型
泄漏速率的确定是分析泄漏扩散及评价事故后果的基础,其依据的主要模型根据泄漏孔径大小分别为小孔泄漏模型、管道模型和大孔泄漏模型。总的来说,腐蚀穿孔容易发生小孔径泄漏事故,而对于外力破坏(诸如施工、自然灾害等)大孔径泄漏事故发生的可能性较大。
1.1.1孔口泄漏小孔泄漏模型适用于穿孔泄漏的情形,穿孔泄漏是指管道或设备由于腐蚀等原因形成小孔,燃气从小孔泄漏。对于理想气体等熵膨胀任意点处的质量流率
Q=(1)
式中,Q为气体通过孔洞的质量流量,kg/s;
为气体泄漏系数,一般取值范围在0.6~1.0。当裂口形状为圆形时取1.00,三角形时取0.95,长方形时取0.90,孔口为内层腐蚀形成的渐缩孔(钝角入口)取0.9<C0<l.0,孔口为外力机械损伤形成渐扩孔(钝角入口)取0.6<C0<0.9;
A为孔洞面积,;
为泄漏口处对应管道中心点位置压强,Pa;
M为气体摩尔质量,kg/mol;
k为气体的热熔比,k=/;
为理想气体常数,8.314kJ/(kmol·K);
为泄漏口处对应管道中心点位置气体温度,K;
Pa为环境压强,Pa。
从安全工作的角度考虑,都需要通过孔洞流出蒸汽的最大流量。引起最大流速的压力比为:
(2)
塞压是导致孔洞或管道流动最大流量的下游最大压力(临界压力),其泄漏量为:
=(3)
1.1.2管道泄漏管道泄漏模型适用于开裂泄漏的情形。开裂泄漏的原因通常是由于外力干扰或超压破裂,属于大面积泄漏,泄漏口面积通常为管道截面积的80%~100%。开裂泄漏瞬时泄漏量大,导致管道中的压力明显降低。对