煤层气管道泄漏扩散的FLUENT模拟

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1、l2石油工程建设LUENT基金项目徐暖筑，杨兆中，李小刚，徐宁2(1．西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500；2．鸿飞投资集团燃气分公司四川江油621700)摘要：与常规天然气管道高压输送不同，煤层气管道输送由于爆炸极限范围的限制，输送压力一般不是很高。考虑到煤层气的特性．根据煤层气的泄漏扩散模型，利用FLUENT软件对煤层气在管道中的泄漏进行数值模拟，得到了泄漏后煤层气的速度、各组分质量浓度的分布及安全区域图。结果表明，在同样高度，甲烷的质量浓度明显高于硫化氢的质量浓度；静风状态下，煤层气在大气中属

2、于自由扩散．稳定后速度和质量浓度都大致呈对称分布：下风向的1001TI以内是危险区域。关键词：煤层气管道；泄漏；FLUENT软件；模拟分析doi：10．39694．issn．1001-2206．2013．02．0040引言恒定律和动量守恒定律可以分别推导出煤层气流动煤层气(俗称瓦斯)作为煤的一种伴生物。是过程中最基本的连续性方程和运动方程。同时，一种自生自储式的非常规天然气煤层气和常规天针对煤层气的特性．可以根据热力学基本规律中状然气相同点是．其主要成分都是甲烷：不同的是煤态参数(压力P、温度和密度P)之间的关系，层气成分中甲烷占

3、95％．剩下的5％通常为二氧推导出反映其关系的状态方程化碳和氮气等．而天然气的成分很复杂煤层气是在流场中任取一个平行六面体微元．其边长分一种清洁的能源．它不仅对环境污染小，而且热效别为．，出假设微元平行六面体的型心坐标率高．是对常规天然气最好的补充或替代，可以为是．Y，，在某一瞬时t经过型心的流体质点沿工业和民用提供能源ll】各坐标轴的速度分量为M，，．流体的密度为P，普通天然气管道在运行过程中会受到多种内外可得到连续性方程为：因素的干扰而发生泄漏或断裂．泄漏的天然气在管型i』+鱼2+i：0(1)a。cadz道外形成中毒、燃烧爆炸

4、危险区，当遇到火源或达运动方程为：到一定体积分数就可能发生燃烧或爆炸．造成巨大经济损失嘲在采用压力管道输送煤层气时．由于1pc++++++誓有大量H2S、CO，等杂质的存在以及煤层气加压时伴有温度的升高．因此可能存在煤层气处于爆炸极{pc++++++限范围内运行的情况l3l与常规天然气不同，由于煤层气受爆炸极限范围的限制，远距离输送的压力【p+誓++一般不是很高研究煤层气管道发生泄漏时的气体(2)扩散规律．能够为煤层气压力管道的安全输送提供式中，，——单位质量上的质量力分布函数；保证．并且能有效预测气体泄漏危险范围，从而为P，⋯，

5、p_单位面积上的面力分布函数。应急预案的制订提供依据。状杰方稗为．1煤层气泄漏扩散模型pV=昔R。(3)考虑到煤层气与常规天然气的不同，从质量守14石油．1{jc建设3．3结果分析但在扩散到一定高度后．就变得较为稀疏这是因取管道中煤层气各组分的体积分数为：二氧化为在泄漏口处．泄漏的气体携带很大的动量．因此碳7．2％。硫化氢l3．5％，甲烷79．3％。通过计环境中风对其影响就不是很大．气体动量会随着高算．当风速为5m／s时．硫化氢和甲烷的质量浓度度的增加而逐渐减小．此时环境中风的影响逐渐明分布如图2所示(长度方向为，高度方向为】，)

6、。显．气体的质量浓度等值线就变得越来越稀疏从图3可以看出．静风时不管是方向还是l，方向的速度分布．均呈对称分布．质量浓度分布也类似速度分布．基本呈对称分布．这是因为煤层气在自由扩散状态下．在泄漏15附近区域内受到空气竖直向上的浮力作用．此时占主导地位的是初始动量．但动量的作用随着高度的增加而逐渐减弱．这时浮力作用会慢慢变明显．逐渐占主导地位．所以速度与质量浓度的分布均大致呈对称分布(a)硫化氢长度／m(a)X方向速度分布fb)甲烷图2风速为5ntis时质量浓度分布从图2可以看出．因左侧为来风方向．煤层气会顺着风向扩散．随着扩散时间

7、的增加．煤层气的质量浓度逐渐发生变化还可以看出．在同样高度甲烷的质量浓度明显高于硫化氢．这是因为甲烷的密度低于空气．虽然在沿程中初始动量会逐渐减长度／m弱．但由于浮力的作用．甲烷依旧会不断上升。而fb)Y方向速度分布硫化氢的密度高于空气．它属于受逆向浮力影响的重气．所以会慢慢沉降另外，从图2还可以看出．由于重力的影响，煤层气在方向上的扩散区域增大．在l，方向的扩散区域变化则不是很明显在约100m高度以内．由于泄漏15附近气体泄漏速度很快，煤层气的扩散近似自由射流同时，随着y方向高度的增加．速度变化向下风向．也就是向正向的偏移越来越

8、明显对硫化氢和甲烷的质量浓度分布图做一比较，mg／mfc)质量浓度分布可以发现两者的质量浓度在泄漏12I附近都比较密集，图3静风时速度和质量浓度分布l6石油工程建设姬塬特低渗透油藏癣家泰蔻区地面建设初探王春辉，高淑梅，张小龙，王莉娜(西安长厌科技工