石油天然气管道建设施工质量管控方法及风险管控措施研究

谭永亮

【摘  要】泄漏气体的浓度场分布随泄漏压力呈现不同的分布规律，浓度场的分布情况与速度场分布类似，但不完全一样。低泄漏压力时，泄漏气体的浓度场在下风向分布较多，随压力的升高，泄漏气体的浓度场呈现垂直的分布带，距离泄漏口近处浓度较高，且随距离的增大，浓度降低的梯度较小。

【关键词】石油天然气;高压管道，数值模拟，燃烧，热辐射

3.4、强化质量总体管控精细水平

质量重于泰山，质量对于任何事项及工作来说都是重中之重的存在，给予多少关注及重视都不过分，从某种程度上来讲，没有务实可靠的质量管控作为核心支撑，目前取得的所有成果及成效不过是空中楼阁及海市蜃楼，随时存在彻底覆灭的巨大风险，确实需要给予应有的积极关注，为了切实有效应对解决好石油天然气工程工艺管道安装施工过程中存在的主要问题，进而高质高效开展石油天然气工程工艺管道安装施工相关具体工作，需要进一步强化提升质量管控的总体精细化水准，这就要求在石油天然气工程工艺管道安装施工的全流程全链条上，需要积极建立起从上到下及从下到上的质量至上基本氛围环境，将看重质量核心理念融入到石油天然气工程工艺管道安装施工的方方面面。

1 天然气泄漏的数值模拟

天然气是由小分子饱和烃类气体和非烃类气体组成的混合物。其中低分子饱和烃类气体占95%以上。在饱和烃类气体中，甲烷（CH4）占绝大部分，乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H8）和戊烷（C5H12）含量不多，庚烷以上（C+5）烷烃含量极少。常见的少量的非烃类气体一般有二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）、氢气（H2）、硫化氢（H2S）和水（H2O）以及微量的惰性气体氦（He）、氩（Ar）等[2，3]。

1.1 施工质量研究

为了更好地模拟大范围内的天然气管道泄漏情况，FLUENT的前处理软件GAMBIT把管道孔口的泄漏定义为狭缝扩散，而非圆孔扩散，FLUENT设置边界层参数选用Turbulence Specification Method的方法中的强度和水力直径（Intensity and Hydraulic Diameter）项来当作湍流选取。同时设置了压力出口的当量直径，这样就限制了管道狭缝的纵向长度，进而保证了二维的网格模拟为孔口天然气的基本知识及针对长输管道的泄漏FLUENT模拟的GAMBIT网格划分，根据需要建立合适的几何模型、划分网格及指定边界条件为后续FLUENT模拟计算做铺垫，然后通过几何模型选取相应的求解器、能量方程、确定天然气的材料特性，最后通过工程实例来确定入口处气流速度和马赫数进而选取相关的泄漏速率，通过相应的泄漏速率模型的选取来确定边界条件，为下章节FLUENT模拟结果及分析做了良好的铺垫。

2 不同因素对天然气泄漏的影响

在泄漏初期，泄漏1s时，在泄漏口的正上方较近处出现一个环状低压区，中间压力最低，以此为中心形成低压环。出现此种情况的主要原因是泄漏初期，泄漏口上方空气湍流强度大，空气相对较为稀薄，出现小范围的低压区。但随泄漏事件的增长，压力场分布逐渐均匀，最后成为以泄漏带为分界线的左侧压力略高于右侧压力的压力分布场。

2.1 有建筑物时气体泄漏的压力场分布

当在泄漏口的附近有建筑物时，由其不同时间下的压力场分布可知，泄漏初期，低压带在泄漏口的上方，上风向压力较高。随泄漏时间推移，低压带逐渐上移，高壓带逐步向下风向推移。当泄漏时间为60s时，压力分布较为均匀，只在泄漏口和建筑物附近有较低的压力分布区存在。

由可知，有建筑物对气体泄漏的速度场分布也有较大影响，泄漏1s时，泄漏高速主要分布在泄漏口附近及其上侧，随泄漏时间的推移，速度场分布逐步均匀，至20s时已基本稳定，到泄漏60s时，呈现泄漏口附近泄漏速度较大，在建筑物上侧泄漏速度较大的分布规律。

2.2 有建筑物时气体泄漏的浓度场分布

有建筑物在下风向阻挡时，不同泄漏时间下的泄漏气体浓度场分布规律不太一致。在泄漏1s时，在泄漏口上侧形成一个含量相对较高的浓度核心区，而在此区域以下气体浓度更大。在建筑物右上侧，也形成了一个小的核心区，湍流强度较强。随着泄漏时间的增长，上侧核心区向下风向的右上侧移动，在泄漏口的近上侧，浓度再次加强。

泄漏20s时，泄漏浓度已基本稳定，形成以泄漏带右下侧为主要分布区的浓度场。在泄漏时间达到60s时，浓度规律已经稳定，形成向下风向的泄漏带，当泄漏带收到建筑物阻隔时，便绕过建筑物继续向下风向流动，且在泄漏口与建筑物结合处，形成一个高浓度湍流区。

3结论

（1）泄漏气体的速度场和浓度场随泄漏孔径的增大，呈现泄漏喷射高度逐步增高，由最初的明显向下风向偏移向近乎垂直转变，喷射气体的流速逐渐增大。

（2）泄漏压力的变化主要影响泄漏初速度的变化，随泄漏压力增大，泄漏气体的初速度也逐渐增大，泄漏气体的浓度场逐渐由偏向下风向的泄漏带向垂直方向的泄漏带偏转。

（3）泄漏气体中含有H2S对泄漏气体的压力、速度、浓度等流场分布影响不大，但由于H2S的较强的危险性，其低含量的有毒气体所造成的危险区域较大。

（4）在泄漏口下风向处如存在建筑物，会对泄漏过程的压力场、速度场、浓度场分布带来较大影响。泄漏初期，各流场湍流强度较强，分布规律不强。在泄漏达到稳定时，由于建筑物的阻挡作用，在泄漏口至建筑物间有较为明显的泄漏气体回旋，且泄漏带遇到建筑物时，会受到其阻挡从而，从其上方飘离。

参考文献：

[1]邓俊杰，赵军峰，张紫辉等.邢台11·24京邯天然气高压管道泄漏应急保障工作分析及处置对策[J].城市燃气，2014，（6）：17-20.

[2]谷志宇，董绍华，牛景弘等.天然气管道泄漏后果影响区域的计算[J].油气储运，2013，32（1）：85-87.