龔泉龍 周震巖 康凱 王強(qiáng)

摘要：隨著我國對(duì)天然氣的建設(shè)越來越多，在進(jìn)行天然氣管道設(shè)計(jì)所考慮的問題就會(huì)越多，其中一定要注意管道的安全距離，在進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)一定要去實(shí)地進(jìn)行勘察，提高埋地輸氣管道安全平行距離的研究。另外要對(duì)天然氣管道進(jìn)行日常防護(hù)和維修，盡量減少天然氣泄漏所以引起的天然氣事故。

關(guān)鍵詞：埋地輸氣管道;安全距離;分析

埋地輸氣管道在設(shè)計(jì)和建設(shè)之初，首先考慮的就是安全保護(hù)距離，因?yàn)槿绻坏]有考慮這些因素就會(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)當(dāng)?shù)氐那闆r進(jìn)行規(guī)劃。目前我國的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為管道的并行距離為6米，并行管道之間的距離是否符合風(fēng)險(xiǎn)后果的要求，需要建立相應(yīng)的模型分析，才能夠有效解決管道并行安全間距問題，從而有效確定管道并行間距的合理范圍，為管道的后期運(yùn)行提供技術(shù)支持。

1TNT當(dāng)量分析模型

通過對(duì)埋地管的泄露爆炸現(xiàn)象的分析，在不考慮地表出現(xiàn)可燃?xì)怏w的情況下，土壤所包含的氣象進(jìn)入飽和狀態(tài)時(shí)，能夠計(jì)算出埋地管道的總泄漏量，并且可以轉(zhuǎn)化為TNT當(dāng)量，通常情況下，TNT當(dāng)量法為蒸汽云爆炸模擬方法中最為常見的模型方法，該方法的工作原理是將蒸汽云爆炸破壞作用并轉(zhuǎn)化為TNT爆炸破壞作用，因此會(huì)將蒸汽云轉(zhuǎn)化成TNT當(dāng)量。

結(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，由于飽和土中只含液相水，其主要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為滲流理論分析對(duì)于土壤中的非飽和土和間隙空隙由液相水和氣同時(shí)進(jìn)行填充，因此利用相應(yīng)的物理定律進(jìn)行描述可以發(fā)現(xiàn)，通過土單位面積的氣體質(zhì)量流量與氣體濃度的梯度會(huì)呈現(xiàn)出正比例關(guān)系，通常情況下會(huì)將比例參數(shù)設(shè)定為擴(kuò)散系數(shù)，因此可以將泄漏模型看作是垂直方向的濃度擴(kuò)散。

在實(shí)際操作過程中，利用相應(yīng)的計(jì)算公式可以有效表達(dá)出土壤中氣體擴(kuò)散濃度，選取不同的擴(kuò)散系數(shù)，利用Matlab計(jì)算出土壤中擴(kuò)散濃度的變化規(guī)律。設(shè)定相應(yīng)的測漏點(diǎn)距離為埋地管道的正常埋深，一般情況下會(huì)選擇1.5米進(jìn)行泄漏初始測量，氣體在土壤中的擴(kuò)散濃度上升速度會(huì)隨著擴(kuò)散系數(shù)的不斷增加而增大，當(dāng)泄露時(shí)間達(dá)到80秒，以后氣體的擴(kuò)散能力會(huì)呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，在這種情況下，土壤中的飽和氣象已經(jīng)進(jìn)入了飽和狀態(tài)，天然氣會(huì)繼續(xù)向外擴(kuò)散行駛時(shí)間的增加，氣體的擴(kuò)散濃度會(huì)接近于，1則氣體會(huì)溢出地表。

2數(shù)據(jù)結(jié)果分析

結(jié)合并行埋地管理的數(shù)字模擬結(jié)果可以看出，當(dāng)埋地管道之間的并行距離為2米時(shí)，管道發(fā)生的爆炸現(xiàn)象會(huì)對(duì)并行管道造成直接沖擊，從而會(huì)直接導(dǎo)致并行管道發(fā)生破裂并失去工作能力。爆炸源所產(chǎn)生的沖擊波會(huì)對(duì)周圍的土壤發(fā)生振動(dòng)液化，導(dǎo)致突然會(huì)持續(xù)承受振動(dòng)沖擊，產(chǎn)生塑形變形，并且會(huì)延伸至其他并行管道的周圍，會(huì)對(duì)并行管道正面產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致管道水平方向上所承受的應(yīng)力較大導(dǎo)致大幅度變形，管道背面土壤受到漏斗擠壓密度的增加，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，導(dǎo)致管道背面的變形較小，但是最終也會(huì)造成管道發(fā)生破裂。

結(jié)合上述的數(shù)值模擬結(jié)果分析，單管道之間的并行距離為三米時(shí)，沖擊波效應(yīng)與2米的并行距離是相同的，爆炸所產(chǎn)生的沖擊壓力會(huì)通過土壤傳播給近距離的并行管道，管道同時(shí)會(huì)受到爆炸和土壤塑性性變的作用，導(dǎo)致管道發(fā)生變形或破裂失效，主要的時(shí)尚位置為管道正面靠近頂部和底部，造成失效的原因主要是由于土壤發(fā)生塑性變形，對(duì)管道所產(chǎn)生的擠壓力所導(dǎo)致的。

當(dāng)管道之間的并線距離為4～6米時(shí)，管道的爆炸源變形量最大，管道所承受的爆炸超壓幅度與波動(dòng)頻率處于相同水平，管線的爆炸沖擊波下無法對(duì)并行管道造成直接影響，而是依靠土壤導(dǎo)致并行管道的頸部發(fā)生應(yīng)力變形，從而導(dǎo)致管道發(fā)生壓裂失效。

當(dāng)管道的并行距離達(dá)到7米以后，土壤雖然會(huì)形成爆炸漏斗現(xiàn)象，但是由于平行距離過大，漏斗所產(chǎn)生的土壤堆積無法對(duì)并行管道造成直接影響，這時(shí)如果管道發(fā)生變形的主要原因是由于土壤的彈性變形力所造成的。

當(dāng)管道的并行距離大于等于8米時(shí)，由于并行管道之間的壓力和變形要從角度進(jìn)行分析，所收集到的沖擊破壞效應(yīng)較小，所形成的土壤堆積于管道的并行距離，仍然存在較大差距，所以爆炸漏斗不會(huì)對(duì)病情管道的變形造成直接影響，而是隨著地表突然地不斷擠壓，導(dǎo)致管道被掀飛，管道變形是由于土壤粘性彈性變形所導(dǎo)致的，其中最大的變形位置為管道的正面靠頂部位置，但是該變形不會(huì)引起管道發(fā)生破裂。因此在進(jìn)行管道建設(shè)過程中，建議將管道的并行距離保持在8米以上，才能夠有效提高管道的正常運(yùn)行，確保輸氣管道能夠有效實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

3結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)輸氣管道的安全并行距離與分析，當(dāng)輸氣管道平行間距不大于3米時(shí)，埋地管道的變形會(huì)受到爆炸沖擊超壓的影響，在后期管道運(yùn)輸過程中，由于土壤變形擠壓造成，導(dǎo)致管道正面會(huì)受到土壤擠壓產(chǎn)生大量的變形，相對(duì)于變形量最大點(diǎn)的頂部和底部來看，這兩個(gè)部分最容易發(fā)生破裂。當(dāng)運(yùn)行距離為4～6米時(shí)，導(dǎo)致管道變形的。主要原因是由于土壤變性，爆炸沖擊無法對(duì)管道產(chǎn)生直接作用，其最大的變形部位為正面，靠近頂部處和背面接近頂部處，爆炸能量釋放進(jìn)入空氣后，管道仍然會(huì)受到土壤擠壓作用。當(dāng)輸氣管道平行距離大于等于8米時(shí)，管道不會(huì)再發(fā)生破裂現(xiàn)象，主要的變形應(yīng)力來自于土壤粘彈性變形應(yīng)力，其中變形位置為管道正面靠近頂部位置，雖然該位置會(huì)發(fā)生變形，但不會(huì)導(dǎo)致管道發(fā)生破裂。

雖然埋地管道發(fā)生爆炸的概率非常小，但是爆炸沖擊會(huì)導(dǎo)致并行管道發(fā)生較大的變形，甚至發(fā)生管道失效，因此為了確保病情管道的安全運(yùn)行，需要將管道之間的并行距離設(shè)置為大于8米，如果鋪設(shè)環(huán)境較為特殊，則并行距離應(yīng)當(dāng)不小于6米，同時(shí)兩個(gè)管道之間應(yīng)當(dāng)增設(shè)防護(hù)板，防止管道由于土壤擠壓發(fā)生變形。

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