高压燃气管道泄漏引起沿线压力变化的模拟分析

高压燃气管道泄漏引起沿线压力变化的模拟分析

Summary：近年来，随着天然气管道安全事故频发，燃气管道安全越来越被重视，燃气公司为了管道能够平稳运行，都在探索管道安全措施，管道完整性工作正在被逐步推广，成为管道管理的一项重要手段。Keys：高压燃气管；管道检测；压力偏差；WX定位引言作为城市最重要的基础设施之一，埋地天然气管道面临着土壤腐蚀、地面沉降、城市内涝、城市高压输配电系统等多种因素带来的破损威胁。埋地天然气管道发生泄漏后，天然气会在土壤中进行扩散，部分天然气会扩散至地表，当地表的天然气浓度达到爆炸极限时，会有火灾甚至爆炸的危险。因此，研究埋地燃气管道泄漏后天然气在土壤和上部空间中的扩散规律，对事故的评估、应急处理以及解决方案的提出有着重要的意义。1研究目的及意义随着城市燃气建设的不断推进、居民燃气消费需求不断增加，各类燃气泄漏事故也不断发生。据相关报道，2019年全国燃气事故722起，其中室内燃气事故463起，室外燃气事故259起，共造成63人死亡、585人受伤。历年来典型燃气泄漏事故有：2010年大连市某小区煤气爆炸事故，造成2死12伤，事故发生房间的阳台墙体和地板全部被掀开，2、3、4楼被贯通；2011年北京市朝阳区某小区燃气自杀警情，自杀者在点燃燃气后坠楼，造成4名消防指战员和2名群众受伤；2013年泸州市某商城燃气管道爆炸事故，造成4人死亡，40人受伤；2014年北京市某大街燃气管道泄漏起火事故，2名群众被轻度灼伤，29辆消防车辆，200余名消防指战员到场处置连续奋战10小时，成功抑爆处置；2017年松原市某路段燃气管道泄漏爆炸事故，造成5人死亡、89人受伤；2019年长春市某小区居民楼燃气泄漏爆炸事故，造成8人死亡，3人受伤；2020年新余市某公司燃气泄漏爆炸事故，造成1人死亡，6人受伤。以上燃气泄漏引发的事故发人深省，灭火救援一线的战斗人员应该予以高度重视，认真妥善地做好应急救援处置工作。因此，结合近年来燃气泄漏爆炸事故消防救援处置案例，梳理分析事故的灾害特点和处置经验，进一步提高队伍安全高效处置燃气泄漏事故能力、有效确保人民群众的生命财产安全，具有十分重要的现实意义。2泄漏检测燃气企业要制定泄漏检测计划，并按照计划组织实施。巡线人员在每日巡线过程中，要利用泄漏检测仪对阀井进行检测，查看是否有漏气情况，同时，在检测用户调压箱时，也要做好泄漏检测工作。为了更好检查管线泄漏情况，巡线人员要定期进行徒步巡线活动。徒步巡线过程中，巡线人员要手持泄漏检测仪，沿管线正上方徒步行走进行巡查。在巡查过程中，要注意管线周边有无塌陷、滑坡、人工取土、堆放重物等情况，查看管道上方水面有无气泡、草木有无枯萎等情况，同时要留意有无燃气气味。通过不定期组织打孔检测、激光甲烷探测仪检测等方式，全方位、多角度开展管线泄漏检测工作。检测过程中要注意做好管道周边“三沟两井”以及密闭空间的检测。需要注意的是，当发现管线周边有燃气气味，怀疑是天然气管道发生泄漏时，不要急于下结论，首先要对现场进行警戒，然后进行排查，看是否是管道周边有倾倒液化气残存的情况，或者是否存在是沼气的情况，要利用乙烷分析仪等对现场气体组分进行分析，排除沼气等的可能性。3存在问题（1）油气管道泄漏检测的现行相关标准存在检测技术太单一、检测技术覆盖范围太小的问题，泄漏检测标准体系仍需完善。（2）现有的泄漏检测系统的应用对象主要为长输油气管道，没有一种技术能在城镇燃气行业中处于绝对的优势，相关设备大多存在系统结构复杂、体积大的问题。（3）尽管可燃气体图像增强算法已经在成像系统中得到了探索应用，但大多数算法针对可燃气体云团本身的特征(例如形状、大小、浓度分布和扩散运动等)的目标图像处理较少。④可燃气体泄漏检测系统性能评价方法在城镇燃气行业仍属空白。4WX后沿线压力偏差分布本小节选择Node5作为WX点，以WX孔径为10mm的工况进行分析。根据公式(9)和公式(10)在某点处的压力偏差为该点正常工况下的压力与WX压力之差。各个节点处的沿线压力偏差随时间变化规律如图1(a)所示，不同WX时间下沿线压力偏差分布情况如图1(b)所示。由图1(a)可知，随着WX时间的变化，各个节点处的压力偏差变化趋势都是先增加，然后趋于稳定。模拟时间在40min内时，压力偏差急剧增大；在40~60min时，压力偏差变化逐渐趋于平缓；到60min后压力偏差基本不再变化。这是由于管道WX时，管道上各点压力会发生变化，随着时间的推移，管道达到新的平衡状态，此时，压力大小也趋于稳定。由图1(b)可知，Node4和Node6与其他节点相比压力偏差大，而Node1和Node9压力偏差小，在Node5（WX点）处存在最大的压力偏差。产生上述现象的原因是当管线上的点与WX点之间的距离越近，该点压力偏差越大，其中，WX点处压力偏差最大。通过上述现象，在监测沿线压力偏差分布曲线过程中，当压力偏差等于0，即管道沿线运行压力与正常工况下压力相同，意味着管道未WX。当压力偏差大于0时，管道可能处于WX工况，此时最大压力偏差所在位置即为WX位置。在管道上可能出现未检测压力点处出现最大压力偏差值，根据距WX点越近的位置压力偏差值越大，可以判断WX位置出现在沿线压力分布中两个较大压力偏差点之间。图1沿线压力偏差随时间变化趋势(a)与沿线压力偏差分布曲线(b)结束语埋地天然气泄漏事故发生后，土壤中的天然气呈以泄漏孔为中心的椭球形分布，土壤中的危险区域范围远大于空气中的危险区域范围。天然气扩散至地面后会在地面上形成较高浓度的天然气液池，液池区域的大小随泄漏时长的增加而增大，并最终达到稳定。沙土工况下地面上的最大危险半径比壤土工况下地面上的最大危险半径大10%，而由于天然气在黏土中的渗流速度小，3600s时还未在地面上形成危险区。天然气在沙土中扩散速率比其在壤土中的扩散速率大20%左右，而天然气在黏土中的扩散速率仅为其在沙土中扩散速率的47%。3600s时，沙土、壤土、黏土工况下地面上天然气的质量流量分别为0.23g/s、0.04g/s、0.005g/s。埋地燃气管道泄漏后，地面上天然气液池中心区域位于泄漏孔的正上方，此处天然气浓度最高，可作为燃气管道泄漏孔定位的依据。Reference[1]姜璐,卓亮,李志宏,任飞.城市燃气管道泄漏事故因果分析方法[C].中国城市燃气协会安全管理工作委员会.2019年燃气安全交流研讨会论文集暨“大来杯”第五届全国城镇燃气安全与服务状况调研活动调研报告.中国城市燃气协会安全管理工作委员会:中国城市燃气协会,2019:208-212.[2].城市燃气管网安全运行问题及对策[C].中国城市燃气协会安全管理工作委员会.2019年燃气安全交流研讨会论文集暨“大来杯”第五届全国城镇燃气安全与服务状况调研活动调研报告.中国城市燃气协会安全管理工作委员会:中国城市燃气协会,2019:347-349.[3]沈（王莹）.埋地低压天然气管道泄漏扩散数值模拟分析[D].北京建筑大学,2019.