[发明专利]一种模拟天然气在土壤中泄漏的试验装置与方法

说明书

技术领域

本发明是一种模拟天然气在土壤中泄漏的试验装置与方法，涉及可燃气的测量、多孔介质中气体扩散和气路管道系统等技术领域。

背景技术

截止2005年世界上建成的各种管道长度已经超过250万公里，其总长度已经超过了世界铁路的总里程世界上绝大部分的天然气，85％以上的原油运输都是通过管道运输来实现的。截至2013年初，中国油气管道总长度已超过10万公里。然而，像所有的工程设备一样，管道也可能发生事故。随着管道运输业的不断发展，管道的增多，管龄的增长，以及不可避免的腐蚀、磨损、缺陷等自然或人为损坏的原因，使管道泄漏事故频繁发生，引起世人关注。对于石油、天然气等能源输送管道，输送介质的泄漏不仅会造成宝贵自然资源的浪费、环境污染并影响油气田的正常生产，还会直接威胁油气管道、设施的安全运行，甚至威胁到周围居民的生命财产安全。管道投入运行的早期和后期是事故的高发期，特别是服务后期，管道事故发生的可能性随着服务期限的增加而急剧增加。目前我国许多管道服务时间都已超过20多年，处于事故高发期，必须采取有效措施，及时发现事故的隐患并最大限度地减少灾害造成的损失，管道泄漏的研究不仅对管道案例十分重要，而且从长远来看，其经济效益相当可观。

按照管道被破坏的严重情况，一般可以将事故分为泄漏孔径≤20mm、穿孔20mm＜孔径＜管径和破裂孔径＝管径3级，这其中管道泄漏占事故总量的54％，穿孔和破裂分别占事故总量的29％和17％。天然气管道大多埋于地下，检查不便。管道的缺陷，长期运行后形成的材料失效、腐蚀，都极易造成泄漏事故。目前的管道运行监测系统多是监测管道运行的压力、声音和震动信号，而小型泄漏产生的信号常常比较弱，不容易被监测系统捕捉，具有一定的隐蔽性。不过，如果小泄漏不能及时发现，其长时间的泄漏积累的可燃气体很可能引起火灾、爆炸等事故。为了尽早发现和预防事故，并用泄漏可能导致的结果为事故后处理提供建议，发明针对埋地天然气管道的穿孔泄漏的模拟与实验研究提代了试验装置和方法，能够用于定量分析泄漏发生后土壤内与土壤表面的天然气分布情况。预期本发明可以为泄漏事故的监测提供比较准确的理论依据；为事故发生后的人群疏散与事故救援工作提供数据保障；为管道建设选址提供参考依据；有助于建立健全在役管道风险评价体系。

针对天然气管道泄漏事故发生后气体扩散，国内的王树乾、马世海、程浩力等学者们做了一定的研究工作，认为天然气以自由射流进入大气，管道压力越高，甲烷气体离地面越高，下风向传播距离越大，湍流效果越明显，与空气混合越快。随着管道压力增大，泄漏气体造成的爆炸危险范围高度明显增大，这会导致建筑物高层人员疏散难度加大；而当管道压力较小时，地面附近危险性较高。天然气高浓度区明显大于石油气，天然气的危险区域几乎充满了下风向半径为55m的半圆区域内，而石油气则基本集中在燃气的迎风面一侧。目前，国内外大多数相关研究主要集中于天然气在大气环境中泄漏扩散规律的理论研究和数值模拟，但对易燃易爆气体在土壤中扩散过程研究的很少，基于大尺度实验方法天然气在土壤中泄漏规律更少。

专利CN200410020046.6公开了一种基于干涉原理的分布式光纤油气管道泄漏监测方法及监测装置。该监测系统要求在管道附近沿管道并排铺设一根光缆，利用光缆中的光纤组成一个光纤微振动传感器。专利CN200620119429、CN200610113044.0均为基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，专利CN200610072879.6是一种基于分布式光纤声学传感技术的管道泄漏监测装置及方法。专利CN100510673C公开了一种天然气管道泄漏激光遥感探测装置及其探测方法。上述专利均不能实现土壤中天然气泄漏的定量检测。