譚永亮

【摘 ?要】泄漏氣體的濃度場(chǎng)分布隨泄漏壓力呈現(xiàn)不同的分布規(guī)律，濃度場(chǎng)的分布情況與速度場(chǎng)分布類似，但不完全一樣。低泄漏壓力時(shí)，泄漏氣體的濃度場(chǎng)在下風(fēng)向分布較多，隨壓力的升高，泄漏氣體的濃度場(chǎng)呈現(xiàn)垂直的分布帶，距離泄漏口近處濃度較高，且隨距離的增大，濃度降低的梯度較小。

【關(guān)鍵詞】石油天然氣;高壓管道，數(shù)值模擬，燃燒，熱輻射

3.4、強(qiáng)化質(zhì)量總體管控精細(xì)水平

質(zhì)量重于泰山，質(zhì)量對(duì)于任何事項(xiàng)及工作來說都是重中之重的存在，給予多少關(guān)注及重視都不過分，從某種程度上來講，沒有務(wù)實(shí)可靠的質(zhì)量管控作為核心支撐，目前取得的所有成果及成效不過是空中樓閣及海市蜃樓，隨時(shí)存在徹底覆滅的巨大風(fēng)險(xiǎn)，確實(shí)需要給予應(yīng)有的積極關(guān)注，為了切實(shí)有效應(yīng)對(duì)解決好石油天然氣工程工藝管道安裝施工過程中存在的主要問題，進(jìn)而高質(zhì)高效開展石油天然氣工程工藝管道安裝施工相關(guān)具體工作，需要進(jìn)一步強(qiáng)化提升質(zhì)量管控的總體精細(xì)化水準(zhǔn)，這就要求在石油天然氣工程工藝管道安裝施工的全流程全鏈條上，需要積極建立起從上到下及從下到上的質(zhì)量至上基本氛圍環(huán)境，將看重質(zhì)量核心理念融入到石油天然氣工程工藝管道安裝施工的方方面面。

1 天然氣泄漏的數(shù)值模擬

天然氣是由小分子飽和烴類氣體和非烴類氣體組成的混合物。其中低分子飽和烴類氣體占95%以上。在飽和烴類氣體中，甲烷（CH4）占絕大部分，乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H8）和戊烷（C5H12）含量不多，庚烷以上（C+5）烷烴含量極少。常見的少量的非烴類氣體一般有二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮?dú)猓∟2）、氫氣（H2）、硫化氫（H2S）和水（H2O）以及微量的惰性氣體氦（He）、氬（Ar）等[2，3]。

1.1 施工質(zhì)量研究

為了更好地模擬大范圍內(nèi)的天然氣管道泄漏情況，F(xiàn)LUENT的前處理軟件GAMBIT把管道孔口的泄漏定義為狹縫擴(kuò)散，而非圓孔擴(kuò)散，F(xiàn)LUENT設(shè)置邊界層參數(shù)選用Turbulence Specification Method的方法中的強(qiáng)度和水力直徑（Intensity and Hydraulic Diameter）項(xiàng)來當(dāng)作湍流選取。同時(shí)設(shè)置了壓力出口的當(dāng)量直徑，這樣就限制了管道狹縫的縱向長度，進(jìn)而保證了二維的網(wǎng)格模擬為孔口天然氣的基本知識(shí)及針對(duì)長輸管道的泄漏FLUENT模擬的GAMBIT網(wǎng)格劃分，根據(jù)需要建立合適的幾何模型、劃分網(wǎng)格及指定邊界條件為后續(xù)FLUENT模擬計(jì)算做鋪墊，然后通過幾何模型選取相應(yīng)的求解器、能量方程、確定天然氣的材料特性，最后通過工程實(shí)例來確定入口處氣流速度和馬赫數(shù)進(jìn)而選取相關(guān)的泄漏速率，通過相應(yīng)的泄漏速率模型的選取來確定邊界條件，為下章節(jié)FLUENT模擬結(jié)果及分析做了良好的鋪墊。

2 不同因素對(duì)天然氣泄漏的影響

在泄漏初期，泄漏1s時(shí)，在泄漏口的正上方較近處出現(xiàn)一個(gè)環(huán)狀低壓區(qū)，中間壓力最低，以此為中心形成低壓環(huán)。出現(xiàn)此種情況的主要原因是泄漏初期，泄漏口上方空氣湍流強(qiáng)度大，空氣相對(duì)較為稀薄，出現(xiàn)小范圍的低壓區(qū)。但隨泄漏事件的增長，壓力場(chǎng)分布逐漸均勻，最后成為以泄漏帶為分界線的左側(cè)壓力略高于右側(cè)壓力的壓力分布場(chǎng)。

2.1 有建筑物時(shí)氣體泄漏的壓力場(chǎng)分布

當(dāng)在泄漏口的附近有建筑物時(shí)，由其不同時(shí)間下的壓力場(chǎng)分布可知，泄漏初期，低壓帶在泄漏口的上方，上風(fēng)向壓力較高。隨泄漏時(shí)間推移，低壓帶逐漸上移，高壓帶逐步向下風(fēng)向推移。當(dāng)泄漏時(shí)間為60s時(shí)，壓力分布較為均勻，只在泄漏口和建筑物附近有較低的壓力分布區(qū)存在。

由可知，有建筑物對(duì)氣體泄漏的速度場(chǎng)分布也有較大影響，泄漏1s時(shí)，泄漏高速主要分布在泄漏口附近及其上側(cè)，隨泄漏時(shí)間的推移，速度場(chǎng)分布逐步均勻，至20s時(shí)已基本穩(wěn)定，到泄漏60s時(shí)，呈現(xiàn)泄漏口附近泄漏速度較大，在建筑物上側(cè)泄漏速度較大的分布規(guī)律。

2.2 有建筑物時(shí)氣體泄漏的濃度場(chǎng)分布

有建筑物在下風(fēng)向阻擋時(shí)，不同泄漏時(shí)間下的泄漏氣體濃度場(chǎng)分布規(guī)律不太一致。在泄漏1s時(shí)，在泄漏口上側(cè)形成一個(gè)含量相對(duì)較高的濃度核心區(qū)，而在此區(qū)域以下氣體濃度更大。在建筑物右上側(cè)，也形成了一個(gè)小的核心區(qū)，湍流強(qiáng)度較強(qiáng)。隨著泄漏時(shí)間的增長，上側(cè)核心區(qū)向下風(fēng)向的右上側(cè)移動(dòng)，在泄漏口的近上側(cè)，濃度再次加強(qiáng)。

泄漏20s時(shí)，泄漏濃度已基本穩(wěn)定，形成以泄漏帶右下側(cè)為主要分布區(qū)的濃度場(chǎng)。在泄漏時(shí)間達(dá)到60s時(shí)，濃度規(guī)律已經(jīng)穩(wěn)定，形成向下風(fēng)向的泄漏帶，當(dāng)泄漏帶收到建筑物阻隔時(shí)，便繞過建筑物繼續(xù)向下風(fēng)向流動(dòng)，且在泄漏口與建筑物結(jié)合處，形成一個(gè)高濃度湍流區(qū)。

3結(jié)論

（1）泄漏氣體的速度場(chǎng)和濃度場(chǎng)隨泄漏孔徑的增大，呈現(xiàn)泄漏噴射高度逐步增高，由最初的明顯向下風(fēng)向偏移向近乎垂直轉(zhuǎn)變，噴射氣體的流速逐漸增大。

（2）泄漏壓力的變化主要影響泄漏初速度的變化，隨泄漏壓力增大，泄漏氣體的初速度也逐漸增大，泄漏氣體的濃度場(chǎng)逐漸由偏向下風(fēng)向的泄漏帶向垂直方向的泄漏帶偏轉(zhuǎn)。

（3）泄漏氣體中含有H2S對(duì)泄漏氣體的壓力、速度、濃度等流場(chǎng)分布影響不大，但由于H2S的較強(qiáng)的危險(xiǎn)性，其低含量的有毒氣體所造成的危險(xiǎn)區(qū)域較大。

（4）在泄漏口下風(fēng)向處如存在建筑物，會(huì)對(duì)泄漏過程的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)分布帶來較大影響。泄漏初期，各流場(chǎng)湍流強(qiáng)度較強(qiáng)，分布規(guī)律不強(qiáng)。在泄漏達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，由于建筑物的阻擋作用，在泄漏口至建筑物間有較為明顯的泄漏氣體回旋，且泄漏帶遇到建筑物時(shí)，會(huì)受到其阻擋從而，從其上方飄離。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧俊杰，趙軍峰，張紫輝等.邢臺(tái)11·24京邯天然氣高壓管道泄漏應(yīng)急保障工作分析及處置對(duì)策[J].城市燃?xì)猓?014，（6）：17-20.

[2]谷志宇，董紹華，牛景弘等.天然氣管道泄漏后果影響區(qū)域的計(jì)算[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32（1）：85-87.