埋地管道泄漏天然氣在土壤中的擴(kuò)散規(guī)律研究.pdf

1、隨著天然氣用量的逐年增加，天然氣管道空間分布日趨密集。由于部分城市地下管道年久失修而處于事故多發(fā)階段，加之多種因素的影響使天然氣管道泄漏事故時(shí)有發(fā)生。其中埋地管道泄漏具有一定的隱蔽性，不易被檢測發(fā)現(xiàn)。在泄漏時(shí)間足夠充足的情況下，泄漏天然氣極易通過土壤擴(kuò)散至臨近的封閉空間發(fā)生爆炸。因此，如何有效防范埋地天然氣管道泄漏在土壤中擴(kuò)散對臨近密閉空間產(chǎn)生的威脅成為亟需解決的問題。為此，本課題通過探究埋地管道泄漏天然氣在土壤中的擴(kuò)散遷移規(guī)律以及對臨

2、近密閉空間的影響，對不同工況下的泄漏危險(xiǎn)性進(jìn)行對比，為天然氣泄漏后的危險(xiǎn)排查工作提供幫助。
　　本課題分別進(jìn)行了天然氣在圓管土壤柱中的滲流實(shí)驗(yàn)、埋地管道泄漏天然氣在土壤中無其他市政管道時(shí)和有其他市政管道時(shí)的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。以沙土和黏土顆粒作為多孔介質(zhì)，對比分析了土壤性質(zhì)和滲流方向?qū)μ烊粴庠谕寥乐袧B流系數(shù)的影響，對比了泄漏流量、泄漏口開口方向、氣體種類、泄漏管道埋深、泄漏口與其他市政管道間距和土壤表面覆蓋等因素對天然氣在土壤中的擴(kuò)散規(guī)律和

3、危害范圍的影響。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　?、倏蓪⑦_(dá)西滲流定律變?yōu)関=K(此處為公式)△p/L用來對天然氣滲流過程中壓降和流速的關(guān)系進(jìn)行線性描述，并利用擬合曲線進(jìn)行滲流系數(shù)計(jì)算。含水率的升高使土壤孔隙率線性降低，從而導(dǎo)致滲流系數(shù)降低。但孔隙率降低對滲流能力的影響在孔隙率較高時(shí)更為明顯。在孔隙率不隨滲流方向改變的情況下，天然氣在豎直方向擁有更強(qiáng)的滲流能力，本實(shí)驗(yàn)中黏土顆粒在豎直方向的滲流系數(shù)較水平方向提高3％。
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4、天然氣在無其他市政管道的土壤中擴(kuò)散時(shí)，隨著泄漏流量的增加，各測點(diǎn)的響應(yīng)速度提高1-10倍不等，濃度增長速度和最終累積濃度都有顯著提升，橫向擴(kuò)散范圍加大。當(dāng)泄漏量為0.6m3/h左右時(shí)，最小的累積濃度黏土顆粒中僅為2.25%，沙土中可達(dá)75.41%。；泄漏口開口向下會降低泄漏天然氣的橫向擴(kuò)散量，使擴(kuò)散的影響范圍的有所減小，測點(diǎn)累積濃度較低，響應(yīng)時(shí)間也相對較慢；當(dāng)泄漏燃?xì)鉃闅錃鈺r(shí)，各測點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間均可縮短2-3倍，但累積濃度最多可下降28.

5、38%。
　　③埋地管道泄漏天然氣在有其他市政管道的土壤中擴(kuò)散時(shí)，泄漏流量從3000Pa增加到0.05MPa后，沙土中擴(kuò)散管口處的響應(yīng)時(shí)間縮短了約2倍，黏土顆粒中縮短了近7倍；在同種介質(zhì)下，隨著泄漏口和擴(kuò)散管入口間水平距離的增加，泄漏天然氣向其他市政管道內(nèi)擴(kuò)散的能力逐漸減弱。在黏土顆粒中當(dāng)泄漏口和臨近管道入口間水平距離達(dá)到90cm時(shí)，天然氣在擴(kuò)散管口已無法再向后擴(kuò)散；在沙土中泄漏口開口向下較開口向上時(shí)各測點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間縮短了近1倍，