【NGIB】王雪梅等:直埋天然气管道泄漏后沿地下有限空间扩散的实验研究

文摘   2024-11-25 09:30   四川  



研究背景


近年来,直埋燃气管道泄漏事件屡见不鲜。泄漏天然气沿土壤扩散并积聚在相邻的密闭空间,如检查井、污水管道、供热管道等,一旦发生火灾,将严重威胁生命财产安全,研究直埋天然气管道泄漏后天然气在地下有限空间内的扩散运移特性因而十分必要。为此,研究团队开展了直埋天然气管道泄漏后沿土壤扩散至地下有限空间的实验研究。


研究思路、方法


论文基于全尺度的实验平台,开展了一系列直埋燃气管道泄漏后甲烷气体沿土壤向地下有限空间扩散的实验;测试了实验土壤的特性参数,理论分析了甲烷气体在土壤中的运移过程和渗流特性;探究了不同泄漏孔径及不同泄漏流量下,气源切断前后,土壤及相邻地下有限空间内甲烷气体浓度随时间的变化特性;最后推导了实验条件下,甲烷气体达到危险浓度下限和上限所需的时间与扩散距离之间的关系式。


研究结果


1. 为了模拟直埋天然气管道泄漏后沿土壤向地下相邻有限空间扩散的真实场景,团队依据检查井结构,在实验土壤域设置了相邻地下有限空间#1和#2(图1)。出于实验安全考虑,利用甲烷和氮气的混合气体作为实验气体,分析了甲烷从管道泄漏,沿土壤向地下有限空间#1和#2扩散的过程。实验结束后,利用环刀法对实验土壤进行取样测试,得到了土壤的孔隙度等参数,利用扫描电镜测试了土壤的颗粒直径(图2),理论层面分析了土壤中甲烷气体的渗流特征。

图1 实验系统图
(1)储气罐(2)压力表(3)截止阀(4)一次电动调节阀(5)二次电动调节阀(6)流量计(7)土壤场(8)泄漏点(9)气体浓度传感器(10)控制平台(11)数据采集系统(12)相邻地下空间   

图2 扫描电镜下实验土壤颗粒分布


2.探究了不同泄漏流量下,气源切断前后,土壤及相邻地下有限空间内甲烷气体浓度的动态变化特性。结果表明,泄漏持续8h时,泄漏点0.5m范围内土壤中甲烷浓度随时间呈凸函数。在距离泄漏点1m及以上的土壤区域,甲烷浓度随时间呈线性变化(图3)。


图3 泄漏过程中土壤中甲烷浓度随时间变化图

(a)No.1 (b)No.3 (c)No.4(d)No.5(e)No.6(f)No.7


3.依据实际工程中甲烷的爆炸上下限,定义了实验中甲烷气体的危险浓度下限(LLDC)和危险浓度上限(ULDC),推导了泄漏孔径为10mm时,不同泄漏流量下甲烷气体达到危险浓度下限和上限所需的时间与扩散距离之间的关系式(表1)。

表1  泄漏孔径10mm时的拟合公式

作者简介

王雪梅,东北林业大学副教授、硕士研究生导师,主要从事燃气管网储运安全、地下空间通风技术、燃料电池中传热传质研究。发表学术论文10余篇,授权发明专利2项。

江蕊希

排版:张  敏

审核:罗  强  黄   东

《NGIB》


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