摘 要

随着我国城市化建设的迅速推进，城镇燃气也迅速发展，燃气输配管道铺设于城市的各个角落，为居民的生活提供了极大的便利。随着城市燃气的高速发展，城市燃气管网应用安全日益引起人们重视。燃气管道泄漏事故往往是引起燃气管道安全问题的主要方面。燃气管道最主要的特点就是管道深埋于地下，容易受到环境、腐蚀和各种自然灾害的影响，造成穿孔、设备老化等问题进而发生泄漏，而且燃气具有易燃、易爆和易扩散的特性，燃气管网泄漏可能造成爆炸、火灾、中毒等造成人员伤亡并引起次生灾害的恶性事故。为了更好的保障居民的生命财产安全，减少燃气泄漏事故的发生次数，对燃气管网泄漏事故的应急响应系统进行优化，防止次生灾害发生，将危害降到最小是我们研究的首要目标。因此针对天然气不同的泄露模式进行模拟计算，并据此提供相应的城市管网应急响应措施，是保证生产安全，减少泄露损失的重要环节。本文以深圳市管网为研究对象，对不同泄露模式进行了模拟计算。同时对不同条件下的泄露情况进行模拟分析，并针对其运行模拟状况制订了相应的应急响应预案。

关键词：天然气 泄漏 管网 应急

ABSTRACT

With the rapid development of urbanization in China, urban gas is also developing rapidly. Gas transmission and distribution pipelines are laid in every corner of the city, which provides great convenience for residents. With the rapid development of urban gas, people pay more and more attention to the application safety of urban gas pipeline network.Gas pipeline leakage accidents are often the main cause of gas pipeline safety problems. The main characteristic of gas pipelines is that the pipelines are buried deep underground, which are easily affected by the environment, corrosion and various natural disasters, causing problems such as perforation and aging of equipment, and the gas is flammable, explosive and easy to diffuse. Gas pipeline network leakage may cause accidents such as explosions, fires, poisoning, etc., causing casualties and causing secondary disasters.In order to better protect the lives and property of residents, reduce the number of gas leakage accidents, optimize the emergency response system for gas pipeline leakage accidents, prevent secondary disasters, and minimize the harm is the primary goal of our research.Therefore, the simulation calculation is carried out for different leakage modes of natural gas, and accordingly the corresponding urban pipe network emergency response measures are provided, which is an important link to ensure production safety and reduce leakage loss. This paper takes Shenzhen Pipe Network as the research object and simulates different leakage modes. At the same time, the leakage analysis under different conditions is simulated and the corresponding emergency response plan is formulated according to the operation simulation status.

Keywords:gas, leakage, pipe network, emergency

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1我国天然气管道建设状况 1

1.1.2天然气管道的安全状况 2

1.2国内外研究现状 3

1.3研究内容及研究方法 4

1.3.1 研究的基本内容、目标 4

1.3.2拟采用的技术方案及措施 4

第2章 深圳市天然气现状及分析 5

2.1 深圳市天然气管网情况以及理论风险分析 5

2.2 门站 7

2.3 调压站 8

2.4 风险分析 12

第3章 软件模拟 12

3.1 管网运行条件及相关参数的设定 12

3.1.1 设计基础参数如下： 13

3.1.2 管网结构示意图 18

3.2 管网稳态模拟 18

3.2.1 管网稳态模拟运行结果 18

3.2.2 稳态运行模拟结果分析 20

3.3 管网泄露模拟 20

3.3.1 设计基础参数 21

3.3.2 管网结构示意图 21

3.3.3 泄露模拟运行结果 22

3.3.4 泄露模拟结果分析 23

3.4 管网泄漏应急处理（关闭阀门）后数据分析 23

3.4.1 简化泄露模型 23

3.4.2 设计基础参数及模型 23

3.4.3 应急处理后管内流量变化结果 23

3.4.5应急处理结果分析 25

第4章 应急预案的制定 26

4.1 燃气管网泄漏应急系统 26

4.1.1 应急管理体制的架构 27

4.2 应急救援站选址 30

4.3 城市天然气管道事故应急救援预案 31

4.3.1 城市燃气管道事故预警 34

4.3.2 燃气泄漏事故应急救援方案 34

第5章 后期处理 35

5.1 现场清理 35

5.2 事件原因分析 36

5.3 应急救援评估 36

参考文献 37

致谢 39

绪论

研究背景

随着时代的发展以及社会的进步，人们对能源的要求已不仅仅是简单的能够使用、满足生活所需，而更多的开始关注能源的安全性与环保性。相比于石油、煤炭等能源，天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40％左右，产生的二氧化硫也很少。同时我国的天然气资源十分丰富，据我国国土资源部数据显示，截至目前为止，我国天然气储量继续快速增长，连续14年新增探明地质储量超过5000亿立方米。2016年全国天然气新增探明地质储量7265.6亿立方米。

在这种形势下，我国天然气的普及率逐年提升，城市燃气管网的数量持续增多，为人们的日常生活提供了极大的便利。由于我国的天然气资源地理分布不均衡，为实现资源的合理利用，建立了跨度极广的多个输气管网。截至目前为止，我国已经形成了由西气东输一线和二线、陕京线、川气东送为骨架的横跨东西、纵贯南北、连通海外的全国性供气网络。“西气东输、海气登陆、就近外供”的供气格局已经形成，并形成较完善的区域性天然气管网。

1.1.1我国天然气管道建设状况

2004年，中国油气管道总里程不到3万公里。截至2016年底，中国已建成油气管道总里程11.64万千米，其中天然气管道6.8万千米。经过十年的加速建设与发展，覆盖全中国的油气管网初步形成，东北、西北、西南和海上四大油气通道战略布局基本完成。

2011-2016年天然气管网重点项目及我国天然气资源分布如下所示。

1.1.2天然气管道的安全状况

天然气虽是一种优质燃料，但由于其易燃易爆的特性，若燃气设备设施维护和使用不当，很容易引起爆燃、爆炸等危险。但是，由于城市燃气管道设施较长、密度较大并铺设在人口比较多的地方，如果天然气发生燃气泄漏情况，对人员、对社会有可能会造成严重损失与危害。燃气管道泄漏是城市燃气安全危险的主要原因之一。天然气管道事故定义为燃气输送介质从管道内泄漏，同时并影响燃气输气的意外情况。天然气管道事故定义在世界范围还不相同，例如欧洲天然气管道事故是指气体泄漏事件，而在美国天然气管道事故定义为气体泄漏，同时存在超过五千美元的人员死亡、受伤或财产损失事件。造成天然气管道泄漏的原因主要包括管道腐蚀、外部环境影响、施工缺陷和材料原因、地面运动破坏和其他。引发天然气管道泄漏的主要原因可以分为以下几点：

①第三方施工造成天然气管道破裂:挖掘、打桩、定向钻、开挖施工等，这是造成高中压天然气管道发生事故的最主要的因素;

②施工/建材质量:技术水平、焊接缺陷、检验控制、补口补伤质量、建材质量等;

③腐蚀失效:主要有化学/电化学腐蚀、应力腐蚀、微生物腐蚀、电流干扰腐蚀;

④自然灾害:如山体滑坡、地震或泥石流等地质运动导致管道断裂。

1.2国内外研究现状

燃气泄漏是燃气系统中最典型的事故之一，近年来，国内外的诸多专家学者在管道输送安全方面做了许多研究。

国外研究开展较早，Levenspiel提出了管道断裂以及泄露的计算模型；尼日利亚学者 Olorunmaiye和英国学者 Catlin提出了用特征值法计算泄漏率。国外研究者 R.Isermann 和 H.Siebert 通过采集输入输出端的流量和压力信号，提出在实际应用中燃气管网泄漏动态分析的方法。

2003年，蔺跃武结合质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和气体状态方程，建立普遍化的管道泄漏模型。

2007年，向素平提出了一种不再局限于管道破损程度的泄漏模型。

2008年，刘中良等研究分析了天然气管道的泄漏过程，给出了在临界泄漏阶段以及亚临界泄漏阶段的泄漏速率计算公式。

2009年，王兆芹提出可以用泄漏孔的孔径与管径的比值(d/D)作为工程计算的模型应用判断条件。在 90%的准确度下，当 d/D≥0.6 时，使用管道模型计算泄漏率简单方便；当0.2lt;d/Dlt;0.6 时，宜采用其他泄漏模型。

目前，国内外学者主要将泄露模型主要分为三类：小孔泄露模型，管道泄露模型以及其他泄露模型。

1.3研究内容及研究方法

1.3.1 研究的基本内容、目标

本文基于流体力学，工程热力学及传热学，燃气输配，油气集输以及计算机软件（TGNET）以城市管网为研究对象对不同泄露模式进行了模拟计算。利用流体力学的基本知识详细计算了不同情境下天然气管网的泄漏量。TGNET主要用于输气管道稳态及瞬态仿真，通过快速建立管道系统模拟各种管道配置的正常操作决定最有效率的设计或操作模式，模拟如泄漏或设备故障等事件引发的瞬态条件来决定最有效的改正。本文对不同条件下的泄露情况进行模拟分析并针对其运行模拟状况制订了相应的应急响应预案。

（1）了解城市天然气管网运行管理的主要内容，收集国内外关于燃气泄漏的研究资料 ；

（2）认真分析国内外关于天然气泄漏以及应急响应的措施，并总结他们研究类似问题的方法，并在本课题中加以运用；

（3）学习使用TGNET软件，以城市燃气系统为研究对象，通过快速建立管道系统模拟各种管道配置的正常操作决定最有效率的设计或操作模式，模拟如泄漏或设备故障等事件引发的瞬态条件来决定最有效的改正；

（4）在以上研究的基础上，针对泄露情况制订相应的应急响应预案。

1.3.2拟采用的技术方案及措施

本论文主要从理论分析、和软件模拟（TGNET）两个方面来进行研究。同时将两种研究方法相互结合，在研究过程中，每种研究方法的结果也作为其他研究方法的结果参考标准之一，同时也相互印证，得出最终的研究结果。这是本文的难点，也是本文的创新之处。

（1）首先在查阅众多国内外资料后，总结前人经验进行理论分析并建立模型 ；

（2）学习使用进行软件模拟（TGNET），以城市燃气系统为研究对象，利用软件建立模型，并对结果进行仿真模拟；

（3）最后将两种研究结论进行对比，得出最终结果；

（4）查阅相关资料，针对最终结果建立合理的应急预案。

第2章 深圳市天然气现状及分析

2.1 深圳市天然气管网情况以及理论风险分析

截至2018年1月，深圳市共有各类天然气场站29个，其中门站3个，液化调峰站1个、应急调峰站2个，气化站1个，调压站23个；LPG场站4个，其中LPG储存基地1个，储配站3个。地下燃气管道约5859公里，其中，高压管网107公里、次高压管网192公里、中低压管网5560公里。

具体的高压、次高压管网分布如图2.1所示。中压管网分布如图2.2所示。

图2.1 深圳市高压、次高压管网分布

图2.2 深圳市中压管网分布

深圳市现有投产高压管107公里，为加强级3PE防腐管，其设计压力6.0MPa，运行压力5.12MPa；干线管径为DN800，管材为L450。次高压管线192公里，为加强级3PE防腐管，其设计压力1.6MPa，运行压力1.5MPa，管材为L360；次高压管道干线管径为DN400~DN500，支线管径为DN300。高压、次高压管网埋深一般在1.5~1.8米。

高压、次高压管网的附属设施主要包括线路截断阀门、阴极保护装置、检测桩（井）、管线地面与地下标识、光纤系统以及手孔桩（井）等设施与标识。线路截断阀门均为全焊接全通径金属球阀，干线及较为重要支线采用的是可实现远程操控的电液联动阀门，球阀上方修筑有阀室，普通支线一般采用手动阀门，阀门上方修砌阀井^[11]。

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