【摘要】：由于我國地形復(fù)雜,油氣管道并行敷設(shè)于隧道內(nèi)的情況日益增多。而輸氣管道具有發(fā)生泄漏從而導(dǎo)致爆炸的可能性,給與其并行的鄰管造成威脅。因此,有必要研究隧道內(nèi)輸氣管道的泄漏擴(kuò)散規(guī)律、泄漏后爆炸對鄰管的沖擊效應(yīng)以及鄰管的損傷情況。本文以隧道內(nèi)的并行管道為研究對象,通過對天然氣泄漏擴(kuò)散機(jī)理的研究,選取臨界流的小孔泄漏模型作為輸氣管道泄漏率的計算模型。此外,通過分析爆炸沖擊波的形成和特性,重點(diǎn)研究沖擊波遇隧道內(nèi)壁和管壁等障礙物的現(xiàn)象。針對隧道輸氣管道泄漏后導(dǎo)致爆炸的實際情況,主要研究化學(xué)反應(yīng)所引起的爆炸,并選取TNT當(dāng)量法用于輸氣管道泄漏致爆的后果估算。利用FLUENT軟件對隧道內(nèi)輸氣管道的泄漏擴(kuò)散進(jìn)行模擬,在泄漏模型得到網(wǎng)格無關(guān)性驗證和經(jīng)驗公式驗證后,分析輸氣管道泄漏后隧道內(nèi)的甲烷濃度分布情況,側(cè)重對泄漏孔徑、泄漏口朝向和輸氣壓力等影響因素進(jìn)行泄漏擴(kuò)散規(guī)律研究。在FLUENT軟件中加載爆炸氣體體積的UDF程序,計算出在不同泄漏時刻各因素影響的爆炸氣體量和爆炸氣量增速。研究結(jié)果表明,相比于泄漏口朝向和輸氣壓力,泄漏孔徑是影響爆炸氣體量的主要因素。采用ANSYS/LS-DYNA軟件建立隧道圍巖、襯砌、管道、空氣和炸藥的多物質(zhì)耦合模型,所建模型的合理性得到經(jīng)驗公式的驗證。爆炸沖擊波在隧道內(nèi)會出現(xiàn)入射、反射和繞流現(xiàn)象,且沖擊波在一定程度上得到補(bǔ)充并被空氣耗散;距離爆源越近,鄰管的動力參數(shù)值越大,迎爆點(diǎn)處動力響應(yīng)最明顯。在鄰管受爆炸荷載的影響因素分析中,鄰管的等效應(yīng)力與泄漏孔徑和鄰管內(nèi)壓正相關(guān),與爆心距和鄰管壁厚負(fù)相關(guān);鄰管的峰值振速與泄漏孔徑正相關(guān),與爆心距和鄰管壁厚負(fù)相關(guān),與鄰管內(nèi)壓幾乎無關(guān)。當(dāng)管墩與迎爆點(diǎn)的間距為3m～7m時,鄰管的動力響應(yīng)保持不變。在鄰管的應(yīng)力敏感性分析中,影響因素的重要度排序為:爆心距、鄰管壁厚、泄漏孔徑、鄰管內(nèi)壓;在鄰管的變形量敏感性分析中,影響因素的重要度排序為:爆心距、泄漏孔徑、鄰管內(nèi)壓、鄰管壁厚。結(jié)合基于應(yīng)力的失效準(zhǔn)則和基于應(yīng)變的失效準(zhǔn)則,分析鄰管在不同情況下的損傷情況。最后,選取巖鷹山隧道內(nèi)并行敷設(shè)的油氣管道實例,以30mm的泄漏孔徑為基準(zhǔn),研究鄰管損傷的極限參數(shù)值。結(jié)果表明:鄰管在設(shè)計壁厚和運(yùn)行壓力范圍內(nèi)均處于安全狀態(tài);當(dāng)管墩-迎爆點(diǎn)間距為2.76m～7.24m,爆心距減至1.91m時,鄰管處于開始損傷的極限狀態(tài)。本文所取得的研究成果將隧道內(nèi)輸氣管道的泄漏和由此引發(fā)的爆炸緊密聯(lián)系起來,不僅分析了輸氣管道在隧道這一受限空間內(nèi)泄漏和爆炸的規(guī)律,還完善了穿隧道油氣管道損傷的判定方法,為隧道內(nèi)油氣管道的安全運(yùn)維和穩(wěn)步發(fā)展提供了理論支撐。
【圖文】：

圖１－１技術(shù)路線圖逡逑

隧道內(nèi)輸氣管道泄漏爆炸數(shù)值模擬及對鄰管的損傷研究內(nèi)，空氣中的分子或分子微團(tuán)與天然氣發(fā)生碰撞，造天然氣的碰撞過程，，空氣中的分子得到了動量而在天恒可知動量總量是恒定的。逡逑漏的受體空間為枿道，根據(jù)有無風(fēng)速，泄漏可分為靜含通風(fēng)口，允許一定風(fēng)速的空氣進(jìn)入。因此隧道內(nèi)輸氣氣噴射進(jìn)入隧道空間內(nèi)，會卷吸隧道內(nèi)的空氣繼續(xù)射的天然氣動量減小，其速度相應(yīng)減小。逡逑內(nèi)的長距離輸氣管道，氣體組分較少且氣質(zhì)較好，天射出的天然氣同時受到重力和浮力的作用，在射流的到向上的浮力而流速增加，直至射流核的末端。由于初開始減速，即射流的最大軸向流速處于正浮力射流的射流流場如圖２－１所示。從泄漏口到混合區(qū)發(fā)展末端的以上的區(qū)域稱為射流形成后區(qū)。逡逑
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE88

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 秦玉新;榮軍;王奉生;陳靜;劉國平;;陜京三線輸氣管道與石樓—順義成品油管道共用隧道設(shè)計[J];石油化工設(shè)備;2015年06期

2 高軒能;吳彥捷;;TNT爆炸的數(shù)值計算及其影響因素[J];火炸藥學(xué)報;2015年03期

3 龐自嘯;阿斯汗;孫策;王衛(wèi)強(qiáng);;挖掘載荷作用下埋地輸氣管道損傷過程數(shù)值模擬[J];當(dāng)代化工;2015年01期

4 周子棟;林罡;徐娜;夏政;楊開玖;李永軍;楊學(xué)青;;中緬油氣管道(國內(nèi)段)工程建設(shè)難點(diǎn)及對策[J];石油工程建設(shè);2014年04期

5 康文超;;基于高斯煙羽模型的鐵路易燃?xì)怏w泄漏擴(kuò)散分析[J];蘭州交通大學(xué)學(xué)報;2013年06期

6 王德國;;基于管道爆炸數(shù)值模擬的架空天然氣管道并行間距研究[J];中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年05期

7 苑丹丹;李世剛;黃義聰;吳明霞;;石油化工氣體泄漏擴(kuò)散模型研究進(jìn)展[J];化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù);2013年02期

8 曹文文;袁波;;基于LS-DYNA的隧道爆破影響分析[J];低溫建筑技術(shù);2013年02期

9 賈世平;;隧道爆破施工對某高壓油管的影響分析[J];土工基礎(chǔ);2012年05期

10 劉慶寶;王嬌陽;;架空天然氣管道泄漏擴(kuò)散過程特性分析[J];化工設(shè)備與管道;2012年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 李峰;城市地下交通空間爆炸人員及結(jié)構(gòu)毀傷研究[D];長安大學(xué);2014年

2 閆秋實;典型地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)爆炸流場分布及動力反應(yīng)研究[D];清華大學(xué);2011年

3 楊智榮;基于振動模態(tài)分析管道腐蝕損傷檢測方法研究[D];大連理工大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 薛濤;含凹陷管道安全性研究[D];西南石油大學(xué);2017年

2 駱吉慶;淺海輸氣管道墜物碰撞損傷過程動力響應(yīng)分析[D];西南石油大學(xué);2017年

3 黨思宏;油氣管道上兩類凹陷的損傷規(guī)律研究[D];西南石油大學(xué);2016年

4 李小明;輸氣首站泄漏擴(kuò)散數(shù)值模擬及其風(fēng)險評價[D];西南石油大學(xué);2016年

5 張伊恒;瀾滄江跨越輸氣管道泄漏燃燒對并行管道的影響研究[D];西南石油大學(xué);2016年

6 周剛;隧道爆破振動對天然氣管道影響規(guī)律研究[D];西南交通大學(xué);2016年

7 劉陽陽;地下管道爆炸對埋地管網(wǎng)的毀傷數(shù)值模擬[D];南京理工大學(xué);2016年

8 呂游;巖鷹山隧道內(nèi)天然氣管道泄漏規(guī)律及通風(fēng)方案研究[D];西南石油大學(xué);2015年

9 趙曉磊;城市地鐵淺埋隧道爆破振動及空氣沖擊波傳播規(guī)律探索[D];大連理工大學(xué);2015年

10 程淑娟;天然氣管道小孔泄露擴(kuò)散規(guī)律研究[D];西南石油大學(xué);2014年

本文編號：2626951