埋地輸氣管道安全并行距離分析

龔泉龍 周震巖 康凱 王強

摘要：隨著我國對天然氣的建設越來越多，在進行天然氣管道設計所考慮的問題就會越多，其中一定要注意管道的安全距離，在進行設計和建設一定要去實地進行勘察，提高埋地輸氣管道安全平行距離的研究。另外要對天然氣管道進行日常防護和維修，盡量減少天然氣泄漏所以引起的天然氣事故。

關鍵詞：埋地輸氣管道;安全距離;分析

埋地輸氣管道在設計和建設之初，首先考慮的就是安全保護距離，因為如果一旦沒有考慮這些因素就會對人民生命財產安全造成威脅，所以在設計時要對當地的情況進行規劃。目前我國的相關設計標準為管道的并行距離為6米，并行管道之間的距離是否符合風險后果的要求，需要建立相應的模型分析，才能夠有效解決管道并行安全間距問題，從而有效確定管道并行間距的合理范圍，為管道的后期運行提供技術支持。

1TNT當量分析模型

通過對埋地管的泄露爆炸現象的分析，在不考慮地表出現可燃氣體的情況下，土壤所包含的氣象進入飽和狀態時，能夠計算出埋地管道的總泄漏量，并且可以轉化為TNT當量，通常情況下，TNT當量法為蒸汽云爆炸模擬方法中最為常見的模型方法，該方法的工作原理是將蒸汽云爆炸破壞作用并轉化為TNT爆炸破壞作用，因此會將蒸汽云轉化成TNT當量。

結合相應的數據模型，由于飽和土中只含液相水，其主要的運動規律為滲流理論分析對于土壤中的非飽和土和間隙空隙由液相水和氣同時進行填充，因此利用相應的物理定律進行描述可以發現，通過土單位面積的氣體質量流量與氣體濃度的梯度會呈現出正比例關系，通常情況下會將比例參數設定為擴散系數，因此可以將泄漏模型看作是垂直方向的濃度擴散。

在實際操作過程中，利用相應的計算公式可以有效表達出土壤中氣體擴散濃度，選取不同的擴散系數，利用Matlab計算出土壤中擴散濃度的變化規律。設定相應的測漏點距離為埋地管道的正常埋深，一般情況下會選擇1.5米進行泄漏初始測量，氣體在土壤中的擴散濃度上升速度會隨著擴散系數的不斷增加而增大，當泄露時間達到80秒，以后氣體的擴散能力會呈現出穩定狀態，在這種情況下，土壤中的飽和氣象已經進入了飽和狀態，天然氣會繼續向外擴散行駛時間的增加，氣體的擴散濃度會接近于，1則氣體會溢出地表。

2數據結果分析

結合并行埋地管理的數字模擬結果可以看出，當埋地管道之間的并行距離為2米時，管道發生的爆炸現象會對并行管道造成直接沖擊，從而會直接導致并行管道發生破裂并失去工作能力。爆炸源所產生的沖擊波會對周圍的土壤發生振動液化，導致突然會持續承受振動沖擊，產生塑形變形，并且會延伸至其他并行管道的周圍，會對并行管道正面產生擠壓，導致管道水平方向上所承受的應力較大導致大幅度變形，管道背面土壤受到漏斗擠壓密度的增加，結構趨于穩定，導致管道背面的變形較小，但是最終也會造成管道發生破裂。

結合上述的數值模擬結果分析，單管道之間的并行距離為三米時，沖擊波效應與2米的并行距離是相同的，爆炸所產生的沖擊壓力會通過土壤傳播給近距離的并行管道，管道同時會受到爆炸和土壤塑性性變的作用，導致管道發生變形或破裂失效，主要的時尚位置為管道正面靠近頂部和底部，造成失效的原因主要是由于土壤發生塑性變形，對管道所產生的擠壓力所導致的。

當管道之間的并線距離為4～6米時，管道的爆炸源變形量最大，管道所承受的爆炸超壓幅度與波動頻率處于相同水平，管線的爆炸沖擊波下無法對并行管道造成直接影響，而是依靠土壤導致并行管道的頸部發生應力變形，從而導致管道發生壓裂失效。

當管道的并行距離達到7米以后，土壤雖然會形成爆炸漏斗現象，但是由于平行距離過大，漏斗所產生的土壤堆積無法對并行管道造成直接影響，這時如果管道發生變形的主要原因是由于土壤的彈性變形力所造成的。

當管道的并行距離大于等于8米時，由于并行管道之間的壓力和變形要從角度進行分析，所收集到的沖擊破壞效應較小，所形成的土壤堆積于管道的并行距離，仍然存在較大差距，所以爆炸漏斗不會對病情管道的變形造成直接影響，而是隨著地表突然地不斷擠壓，導致管道被掀飛，管道變形是由于土壤粘性彈性變形所導致的，其中最大的變形位置為管道的正面靠頂部位置，但是該變形不會引起管道發生破裂。因此在進行管道建設過程中，建議將管道的并行距離保持在8米以上，才能夠有效提高管道的正常運行，確保輸氣管道能夠有效實現經濟效益的提高。

3結束語

綜上所述，根據輸氣管道的安全并行距離與分析，當輸氣管道平行間距不大于3米時，埋地管道的變形會受到爆炸沖擊超壓的影響，在后期管道運輸過程中，由于土壤變形擠壓造成，導致管道正面會受到土壤擠壓產生大量的變形，相對于變形量最大點的頂部和底部來看，這兩個部分最容易發生破裂。當運行距離為4～6米時，導致管道變形的。主要原因是由于土壤變性，爆炸沖擊無法對管道產生直接作用，其最大的變形部位為正面，靠近頂部處和背面接近頂部處，爆炸能量釋放進入空氣后，管道仍然會受到土壤擠壓作用。當輸氣管道平行距離大于等于8米時，管道不會再發生破裂現象，主要的變形應力來自于土壤粘彈性變形應力，其中變形位置為管道正面靠近頂部位置，雖然該位置會發生變形，但不會導致管道發生破裂。

雖然埋地管道發生爆炸的概率非常小，但是爆炸沖擊會導致并行管道發生較大的變形，甚至發生管道失效，因此為了確保病情管道的安全運行，需要將管道之間的并行距離設置為大于8米，如果鋪設環境較為特殊，則并行距離應當不小于6米，同時兩個管道之間應當增設防護板，防止管道由于土壤擠壓發生變形。

參考文獻

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