掺氢天然气输送管道阀室泄漏扩散规律研究

摘要

在天然气管道中掺入氢气是长距离、大规模输送氢气的有效途径,但氢气密度、最小点火能低于甲烷,而爆炸极限范围远大于甲烷,使掺氢天然气的泄漏扩散行为有别于一般天然气,影响泄漏后可燃气体检测及事故后果。为了表征氢气与天然气的扩散行为差异,基于Fuller模型与Fick扩散定律,建立了氢气体积含量0~15%的掺氢天然气多组分非理想气体扩散系数模型;修正了标准k-ε湍流模型中的组分输运方程,构建了掺氢天然气阀室泄漏扩散数值模型。以西气东输管道某典型阀室为例,分析了不同氢气体积浓度、风速、泄漏口径及泄漏口方向下掺氢天然气在阀室内的泄漏扩散规律。结果表明:掺氢天然气沿着泄漏口的朝向,在阀室内按照先边界后中心的顺序扩散。氢气体积含量小于15%时,现有的甲烷可燃气体检测器可在氢气浓度达到爆炸极限前检测到气体泄漏并报警。阀室的可燃气气体检测器可保持现状;若必须进行氢气检测,可燃气体检测器安装位置建议为贴近房顶0.1~0.2 m处的四周墙壁上。