基于泄漏爆炸的埋地并行管道安全距离分析

摘要

随着社会的发展力度加大，一方面由于地形与交通复杂、环境限制等原因致使长输管道敷设地域有限;另一方面由于天然气用户增多、用气量增大以及管道运营企业考虑自身发展的原因致使管道里程严重不足。因此长输管道采用单管埋设已经不能满足天然气的长输需求，管道并行已然成为天然气输送重要方式，也给管道运营企业提出了更高要求。如何确定并行管道运行的安全距离，提升运维与管理水平，是管道运营企业亟待解决的问题。
　　本文在研究埋地管道失效泄漏的基础上，结合流体力学、爆炸冲击理论以及蒸气云爆炸冲击现象，应用MATLAB软件解释了埋地管道泄漏爆炸的原因，获得了土壤中天然气扩散浓度随时间变化规律与埋地天然气管道泄漏爆炸的TNT当量值。通过泄漏爆炸对不同地区等级管道的影响分析，确定了TNT爆炸的控制量并验证了TNT当量法的有效性。建立埋地并行敷设管道数学模型，并应用AUTODYN软件进行数值计算分析，根据分析结果进行交互影响分析确定了安全并行距离。
　　结果表明:随着并行间距的增大，埋地并行管道受天然气爆炸冲击的影响可分为三个层次:大变形、持续小幅变形、无破坏效应。埋地并行管道发生爆炸时，其失效分析以不同的并行间距为界限，根据并行管道失效原因划分并行安全间距。并行间距S＜3m时，爆炸超压破坏和土壤挤压变形引起并行管道变形，前期超压破坏起主要作用，后期以土壤形变挤压为主，产生破裂失效。并行间距4m＜S＜6m时，其变形主要以土壤形变挤压为表现形式并破裂失效。并行间距S＞6m时，其形变应力主要源于土壤粘弹性变形应力且不出现破裂失效现象，但S＜8m时并行管道依然会产生大变形。当S＞8米时不会发生事故交互影响，当S≤8米时邻近管道发生爆炸事故，并行管道必然会受影响发生失效，在该间距下并行管道发生事故交互影响的概率即为邻管发生失效的概率。因此埋地并行管道安全距离最小值宜取8m。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文的主要工作

2 埋地管道泄漏扩散与当量分析

2．1 埋地管道泄漏扩散分析

2．1．1 管道失效泄漏因素

2．1．2 埋地管道泄漏扩散方程推导

2．2 MATLAB模拟分析扩散规律

2．3 埋地管道爆炸能量

2．3．1 TNT当量法

2．3．2 爆炸能量转换

2．4 本章小结

3 爆炸对不同地区等级埋地管道的影响分析

3．1 土的动力特性

3．2 爆炸波分类与传播

3．2．1 爆炸波分类

3．2．2 爆炸波传播

3．3 爆炸作用对管道拉压应变的影响判别式

3．4 本章小结

4 蒸气云爆炸冲击现象研究

4．1 爆炸冲击波理论

4．1．1 冲击波关系式

4．1．2 冲击波性质

4．1．3 冲击波破坏机制

4．2 冲击波反射和环流现象

4．2．1 正反射

4．2．2 斜反射

4．2．3 环流作用

4．3 本章小结

5 埋地并行管道数值模拟分析

5．1 模型分析与算法选择

5．1．1 TNT控制方程

5．1．2 空气参数

5．1．3 X80管线钢参数

5．2 模型建立与边界条件

5．3 计算结果分析

5．3．1 并行间距2m

5．3．2 并行间距3m

5．3．3 并行间距4m至6m

5．3．4 并行间距7m与8m

5．4 交互影响分析

5．5 本童小结

6 结论

参考文献

作者简历

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