水下輸氣管道泄漏擴散特性模擬研究

王少雄，李玉星，劉翠偉，梁杰，李安琪，薛源

（中國石油大學（華東）山東省油氣儲運安全省級重點實驗室，山東青島266580）

引 言

天然氣的管道輸送過程中不可避免地會遇到水體環境、河流沖刷、水體對管道的腐蝕，以及設計安裝不當、第三方破壞等人為因素，使得水下輸氣管道面臨的風險增大，泄漏事故也逐年增加[1-3]。當天然氣連續地從泄漏孔進入水體中時，氣體由于自身與周圍水域的壓力差以及氣體與水體交界面表面張力的作用，將會破裂成一個個氣泡。氣泡受到浮力的作用而上升，上升的氣泡將會夾帶周圍的海水一起向上運動，從而形成氣泡羽流[4]。水下輸氣管道一旦發生泄漏，上升到水面的氣泡羽流可能會引起火災、造成水域污染，甚至會誘發二次事故對人身財產安全造成威脅。因此，科學地認識水下輸氣管道泄漏所形成的氣泡羽流擴散規律，對于及時地采取防治措施和制定風險評價方案具有一定的意義。

目前對于輸氣管道泄漏的研究大多針對陸地的架空管道[5-7]，對于水下輸氣管道泄漏的模擬研究主要包括積分模型和計算流體動力學模型。積分模型把氣泡羽流中的氣泡和卷吸進來的水體看作一個多相控制體，依據相似性原理，假設羽流徑向的質量和動量守恒為某個概率分布從而得到特征參數隨羽流軌跡變化的常微分方程。Morton 等[8-10]提出了一種積分模型，該模型假設羽流速度和密度分布具有相似的形式，這一假設簡化了羽流軸向上的質量和動量守恒的計算方法?！?br>