天然气管道泄漏H2S扩散及影响区域的数值模拟与分析

论文摘要

复杂地形条件下天然气管道泄漏H2S扩散不仅会造成较大的资源浪费和巨大的经济损失,还有可能导致严重的人员伤亡。迄今为止,仍然不可能推荐一个具体模式对复杂地形条件下H2S扩散的各种问题进行研究分析。因此,随着天然气工业的迅速发展以及高含硫气田的开发,迫切需要研究和开发适用于复杂地形及气象条件下H2S扩散的数值模拟技术。通过对发生在野外的天然气管道泄漏H2S扩散与一般工程上所遇到的传热传质现象的区别讨论,揭示了复杂地形及气象条件下H2S扩散的本质,并对其主要影响因素进行了分析,进而提出了解决这类问题的难点和关键点。通过对扩散预测软件的基本构成及其开发的讨论分析,基于大气污染控制理论,利用FORTRAN语言,成功开发了PUGdiff软件,实现了对泄漏事故发生地区复杂地形的考察、气象场的模拟预测、H2S扩散规律及动态扩散区域的模拟预测;并借助实例的比较分析,对软件的可行性进行了分析,其结论为PUGdiff软件具有时间敏感性,且能够结合实地气象场实现对复杂地形条件下H2S扩散规律及扩散区域的模拟考察。就天然气管道泄漏问题进行了理论分析研究,依据气体动力学、流体力学、热力学等基础理论,分别推导了泄漏过程中临界泄漏阶段以及亚临界泄漏阶段的泄漏速率计算公式,进而研究分析了影响泄漏速率的主要因素以及典型管径条件下裂口大小与管道泄漏规律的关系,为评价管道失效损失大小以及管线定量风险后果分析提供了重要的参考指标。利用开发成功的PUGdiff软件,就各种影响H2S扩散规律及扩散区域的主要因素包括泄漏速率、泄漏裂口、气象因素以及地形参数分别进行了讨论分析,证明大泄漏量、静风以及复杂地形为H2S扩散的最不利条件。最后,借助PUGdiff软件对四川某气田集输管道发生泄漏H2S扩散规律及区域给出了实例模拟和分析,包括气田气象场模拟值与实测值的比较及误差分析、气田基本泄漏参数的确定、静风典型气象日的模拟结果统计分析和裂口尺寸的影响分析等。通过对大量模拟数据的分析,验证了PUGdiff软件可以为应急预案的制定提供可靠的参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 四川盆地天然气气源以及高含硫气田的开采
• 1.1.2 高含H25天然气开发的安全问题
• 1.1.3 四川盆地天然气泄漏问题研究的特殊性
• 1.2 天然气泄漏国内外研究现状
• 1.3 研究意义及主要内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 本文的主要内容
• 第2章 复杂地形及气象条件下污染物扩散的数值模拟技术
• 2.1 天然气泄漏H25扩散现象
• 2.2 H25扩散主要影响要素分析
• 2.3 扩散预测软件基本构成
• 2.4 扩散软件的开发
• 2.4.1 数值天气预报软件的开发
• 2.4.2 污染物扩散迁移软件的开发
• 2.4.3 污染物扩散区域显示方式
• 2.5 本章小结
• 第3章 PUGdiff软件
• 3.1 PUGdiff软件基础软件的选择
• 3.1.1 气象软件的选择
• 3.1.2 污染物扩散软件的选择
• 3.2 PUGdiff软件的基本原理及其技术方案
• 3.2.1 PUGdiff软件的基本原理
• 3.2.2 PUGdiff软件的技术方案
• 3.2.3 PUGdiff软件的基本功能
• 3.3 PUGdiff软件模拟实例
• 3.3.1 不同气象条件下H25扩散模拟
• 3.3.2 不同地形条件下H25扩散模拟
• 3.4 本章小结
• 第4章 天然气管道泄漏速率的确定
• 4.1 泄漏速率计算的研究现状
• 4.2 泄漏速率的确定
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 基本方程
• 4.2.3 临界泄漏阶段
• 4.2.4 亚临界泄漏阶段
• 4.3 泄漏速率影响要素分析
• 4.4 典型管径下不同裂口与管道泄漏规律分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 H25扩散主要影响要素模拟分析
• 5.1 泄漏速率对H25扩散影响分析
• 5.1.1 泄漏速率对H25扩散影响分析
• 5.1.2 泄漏裂口尺寸对H25扩散的影响
• 5.2 复杂气象条件下H25扩散模拟分析
• 5.2.1 风速大小是影响H25扩散的控制因素
• 5.2.2 风速对H25扩散规律的影响分析
• 5.3 复杂地形条件下H25扩散模拟分析
• 5.3.1 地形对气象场的影响
• 5.3.2 泄漏点位于山顶时H25扩散算例分析
• 5.3.3 泄漏点位于山底时H25扩散算例分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 四川某气田集输管道泄漏H25扩散模拟
• 6.1 气田及其集输系统
• 6.2 气田典型气象日以及基本泄漏参数的确定
• 6.2.1 气田集输系统泄漏点位置的确定
• 6.2.2 气田气象场的模拟及典型气象日的确定
• 6.2.3 气田基本泄漏参数的确定
• 6.3 集输管道泄漏H25扩散模拟结果及分析
• 6.3.1 静风典型气象日JC的模拟结果统计分析
• 6.3.2 裂口尺寸的影响
• 6.4 结论与建议
• 6.5 本章小结
• 研究结论及展望
• 研究结论及创新点
• 问题与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢