石油天然氣管道建設施工質量管控方法及風險管控措施研究獲獎科研報告

石油天然氣管道建設施工質量管控方法及風險管控措施研究獲獎科研報告【摘

要】泄漏氣體的濃度場分布隨泄漏壓力呈現(xiàn)不同的分布規(guī)律，濃度場的分布情況與速度場分布類似，但不完全一樣。低泄漏壓力時，泄漏氣體的濃度場在下風向分布較多，隨壓力的升高，泄漏氣體的濃度場呈現(xiàn)垂直的分布帶，距離泄漏口近處濃度較高，且隨距離的增大，濃度降低的梯度較小。

【關鍵詞】石油天然氣;高壓管道，數(shù)值模擬，燃燒，熱輻射

3.4、強化質量總體管控精細水平

質量重于泰山，質量對于任何事項及工作來說都是重中之重的存在，給予多少關注及重視都不過分，從某種程度上來講，沒有務實可靠的質量管控作為核心支撐，目前取得的所有成果及成效不過是空中樓閣及海市蜃樓，隨時存在徹底覆滅的巨大風險，確實需要給予應有的積極關注，為了切實有效應對解決好石油天然氣工程工藝管道安裝施工過程中存在的主要問題，進而高質高效開展石油天然氣工程工藝管道安裝施工相關具體工作，需要進一步強化提升質量管控的總體精細化水準，這就要求在石油天然氣工程工藝管道安裝施工的全流程全鏈條上，需要積極建立起從上到下及從下到上的質量至上基本氛圍環(huán)境，將看重質量核心理念融入到石油天然氣工程工藝管道安裝施工的方方面面。

1天然氣泄漏的數(shù)值模擬

天然氣是由小分子飽和烴類氣體和非烴類氣體組成的混合物。其中低分子飽和烴類氣體占95%以上。在飽和烴類氣體中，甲烷（CH4）占絕大部分，乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H8）和戊烷（C5H12）含量不多，庚烷以上（C+5）烷烴含量極少。常見的少量的非烴類氣體一般有二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮氣（N2）、氫氣（H2）、硫化氫（H2S）和水（H2O）以及微量的惰性氣體氦（He）、氬（Ar）等[2，3]。

1.1施工質量研究

為了更好地模擬大范圍內的天然氣管道泄漏情況，F(xiàn)LUENT的前處理軟件GAMBIT把管道孔口的泄漏定義為狹縫擴散，而非圓孔擴散，F(xiàn)LUENT設置邊界層參數(shù)選用TurbulenceSpecificationMethod的方法中的強度和水力直徑（IntensityandHydraulicDiameter）項來當作湍流選取。同時設置了壓力出口的當量直徑，這樣就限制了管道狹縫的縱向長度，進而保證了二維的網(wǎng)格模擬為孔口天然氣的基本知識及針對長輸管道的泄漏FLUENT模擬的GAMBIT網(wǎng)格劃分，根據(jù)需要建立合適的幾何模型、劃分網(wǎng)格及指定邊界條件為后續(xù)FLUENT模擬計算做鋪墊，然后通過幾何模型選取相應的求解器、能量方程、確定天然氣的材料特性，最后通過工程實例來確定入口處氣流速度和馬赫數(shù)進而選取相關的泄漏速率，通過相應的泄漏速率模型的選取來確定邊界條件，為下章節(jié)FLUENT模擬結果及分析做了良好的鋪墊。

2不同因素對天然氣泄漏的影響

在泄漏初期，泄漏1s時，在泄漏口的正上方較近處出現(xiàn)一個環(huán)狀低壓區(qū)，中間壓力最低，以此為中心形成低壓環(huán)。出現(xiàn)此種情況的主要原因是泄漏初期，泄漏口上方空氣湍流強度大，空氣相對較為稀薄，出現(xiàn)小范圍的低壓區(qū)。但隨泄漏事件的增長，壓力場分布逐漸均勻，最后成為以泄漏帶為分界線的左側壓力略高于右側壓力的壓力分布場。

2.1有建筑物時氣體泄漏的壓力場分布

當在泄漏口的附近有建筑物時，由其不同時間下的壓力場分布可知，泄漏初期，低壓帶在泄漏口的上方，上風向壓力較高。隨泄漏時間推移，低壓帶逐漸上移，高壓帶逐步向下風向推移。當泄漏時間為60s時，壓力分布較為均勻，只在泄漏口和建筑物附近有較低的壓力分布區(qū)存在。

由可知，有建筑物對氣體泄漏的速度場分布也有較大影響，泄漏1s時，泄漏高速主要分布在泄漏口附近及其上側，隨泄漏時間的推移，速度場分布逐步均勻，至20s時已基本穩(wěn)定，到泄漏60s時，呈現(xiàn)泄漏口附近泄漏速度較大，在建筑物上側泄漏速度較大的分布規(guī)律。

2.2有建筑物時氣體泄漏的濃度場分布

有建筑物在下風向阻擋時，不同泄漏時間下的泄漏氣體濃度場分布規(guī)律不太一致。在泄漏1s時，在泄漏口上側形成一個含量相對較高的濃度核心區(qū)，而在此區(qū)域以下氣體濃度更大。在建筑物右上側，也形成了一個小的核心區(qū)，湍流強度較強。隨著泄漏時間的增長，上側核心區(qū)向下風向的右上側移動，在泄漏口的近上側，濃度再次加強。

泄漏20s時，泄漏濃度已基本穩(wěn)定，形成以泄漏帶右下側為主要分布區(qū)的濃度場。在泄漏時間達到60s時，濃度規(guī)律已經(jīng)穩(wěn)定，形成向下風向的泄漏帶，當泄漏帶收到建筑物阻隔時，便繞過建筑物繼續(xù)向下風向流動，且在泄漏口與建筑物結合處，形成一個高濃度湍流區(qū)。

3結論

（1）泄漏氣體的速度場和濃度場隨泄漏孔徑的增大，呈現(xiàn)泄漏噴射高度逐步增高，由最初的明顯向下風向偏移向近乎垂直轉變，噴射氣體的流速逐漸增大。

（2）泄漏壓力的變化主要影響泄漏初速度的變化，隨泄漏壓力增大，泄漏氣體的初速度也逐漸增大，泄漏氣體的濃度場逐漸由偏向下風向的泄漏帶向垂直方向的泄漏帶偏轉。

（3）泄漏氣體中含有H2S對泄漏氣體的壓力、速度、濃度等流場分布影響不大，但由于H2S的較強的危險性，其低含量的有毒氣體所造成的危險區(qū)域較大。

（4）在泄漏口下風向處如存在建筑物，會對泄漏過程的