埋地掺氢天然气管道泄漏扩散数值模拟研究

为减少掺氢天然气在输送过程中因泄漏引发的安全问题,基于流体力学及多孔介质理论,采用Fluent软件建立城市埋地掺氢天然气管道泄漏扩散的三维数值模型,分析掺氢比例、泄漏孔径、管道压力、管道埋深和土壤类型等因素对掺氢天然气泄漏量及甲烷、氢气爆炸下限竖直方向上扩散距离的影响。结果表明:掺氢比例越大,掺氢天然气泄漏量越小,甲烷爆炸下限等值线扩散至地表所需时间越长,而氢气则相反;泄漏孔径10 mm时的泄漏量约为孔径5 mm时泄漏量的2倍,泄漏孔径20 mm时的泄漏量约为10 mm时泄漏量的2倍,且泄漏孔径越大,甲烷和氢气的爆炸下限等值线到达地表所需时间越短;管道压力越大,掺氢天然气泄漏量越大且扩散速度越快,危险系数越高;管道埋深1.1 m泄漏量最大,其次为1.4、0.8 m,埋深越浅,甲烷和氢气的爆炸下限等值线到达地表所需时间越短;土壤类型对掺氢天然气的泄漏扩散有重要的影响,土壤类型为粉质砂土时,掺氢天然气泄漏量及扩散速度最大,其次为壤土,最后为黏土。

波流联合作用下掺氢输气海管泄漏扩散研究

由于氢气密度低,泄漏后的掺氢天然气在海洋波流作用下的浮升扩散行为有别于纯天然气,其泄漏扩散规律有待明晰。利用计算流体力学方法数值模拟了波流联合作用下掺氢输气海管泄漏扩散的过程,结果表明气体泄漏的过程可分为泄漏初期、向上浮升以及横向迁移3个阶段。当掺氢比φ_(H2)<50%时,氢气泡的运动轨迹受天然气泡的影响显著。气体浮升高度和扩散直径的变化与时间成正相关,且随着掺氢比的增大,泄漏气体到达液面所需的时间延长。天然气泡和氢气泡直径在上升的过程中都逐渐增大,两者的浮升速度随浮升高度的增加先增大后减小,天然气泡的浮升速度衰减更快。氢气泡直径随掺氢量的增加而增大,天然气泡直径随掺氢量的增大而减小,两者的上升速度随着掺氢量的增大都表现出先增大后减小的趋势,且氢气泡的上升速度大于天然气泡的上升速度。波长和海流流速越大,泄漏气体的扩散直径越大。

基于频谱泄漏干扰多层消除的密集谐波/间谐波参数估计方法

当电力系统中存在密集谐波/间谐波时,现有谐波/间谐波参数估计方法往往因计算模型阶数难以选取或部分频谱泄漏干扰被忽略等因素而产生严重误差。由此,提出一种基于频谱泄漏干扰多层消除的密集谐波/间谐波参数估计方法。根据干扰来源,将频谱泄漏干扰分为自频谱泄漏干扰和互频谱泄漏干扰;提出频谱旋转线性化和多层频谱错位相减方法以有效抑制互频谱泄漏干扰;构建自频谱泄漏干扰模型并采用自适应步长牛顿迭代法求解模型,从而有效抑制自频谱泄漏干扰并求得密集谐波/间谐波参数。相较于现有方法,所提方法无需任何先验条件,且能在主瓣重叠时有效抑制频谱泄漏干扰,从而精准估计密集谐波/间谐波参数。仿真和实验验证了所提方法的有效性与准确性。

油气集输站场泄漏分析与风险预测模型

泄漏是造成油气集输站场设备、设施和附件事故的主要原因之一。为降低油气集输站场泄漏风险,基于集输站场关键设备的关键参数实时监测和风险预警、早期隐患消除的需要,分析了站场不同设备、设施和附件可能造成的泄漏事故的原因和后果,建立了不同区域设备的贝叶斯网络模型。应用该模型对泄漏事故风险进行了预测性的量化分析,并对泄漏事故发生的关键致因因素进行了溯源,找出了最有可能导致泄漏的原因,为设备的检测和维修提供指导。在泄漏发生时,也可利用该模式提高检修效率,有效降低事故后果。

输气管道泄漏过程管内瞬态特性研究

为完善输气管道泄漏时的应急响应策略,基于多相流瞬态模拟软件OLGA建立管道泄漏模型,并分析泄漏孔径、入口流量、泄漏位置因素对泄漏过程的影响,研究截断阀不同响应方式对泄漏量和直接经济损失的影响,探讨不同泄漏孔径的维抢修时间限制。结果表明,输气管道发生泄漏后,泄漏点压力及泄露速率先后经历了快速下降阶段、缓慢下降阶段和稳定运行阶段,其中快速下降阶段的持续时间最短;泄漏速率最大值和稳定值随泄漏孔径、输气量的增大而增大;泄漏点压力稳定值随泄漏孔径的增大而减小,随输气量的增大而增大;泄漏孔径对泄漏速率的敏感性最强,当发生小孔和中孔泄漏时,建议不停产,分别在3 h和1 h之内完成管道修复;当发生大孔及以上泄漏时,建议对管段两端的截断阀进行紧急关断,以便更好的控制泄漏。

基于PLC的液压油泄漏诊断方法及控制系统

通过PLC采集液压系统的实时压力,以及综合电动机、电磁阀组运行状态和液压油缸运行的位置状态,与设备正常运行时的压力设定值进行比较,计算得出压力泄漏率,进一步根据压力泄漏率诊断液压油的泄漏情况,由PLC输出报警提示和控制设备停止运行,防止液压油持续泄漏,减少经济损失。

从管段走向管网:管道泄漏诊断技术研究进展

管道泄漏诊断技术在保障管道系统安全运行中起着至关重要的作用。首先,介绍了管道泄漏诊断系统的结构,并指出由单一管段向复杂管网泄漏诊断的发展趋势。进一步从基于数据驱动的传统泄漏检测方法、管道泄漏信号源定位技术和基于深度学习的复杂管网泄漏检测方法3个方面进行综述,分析了不同方法的优势、局限性和适用范围。最后指出,随着管网系统的复杂度增加,传统方法的局限性逐渐显现,基于深度学习技术的复杂管网微弱泄漏诊断、多源信号融合和管网智能化的研究将成为未来的研究趋势。

近海复杂水体下海底输氢管道小孔泄漏扩散规律研究

为了研究海上风电氢一体化能源系统水下输氢管道小孔泄漏气体扩散问题,基于流体力学计算软件,建立近海水下输氢管道泄漏扩散模型,考虑复杂水体流动,对不同水深、流速条件下的泄漏气体扩散行为进行模拟与分析,研究水下气体泄漏扩散行为、上浮时间以及水面扩散影响范围等因素。研究结果表明:水下气体泄漏呈羽流状,随水流向下游方向偏移,在水面上浮形成一定范围的扩散沸腾区域;泄漏气体初始动能快速衰减,上浮时间主要受到水深的控制;水流对气体羽流存在明显的偏移现象,且与流速呈正相关关系,同时也会增加水面扩散影响范围;构建基于水流速度与泄漏源深度的水面扩散泄漏参数多元非线性预测方程,能够较好地预测泄漏发生后的水面关键参数。研究结果可为我国近海风电储氢一体化体系建立与事故应急处置提供理论支撑。

齿轮泵内部间隙泄漏的研究综述

在高压状态下,齿轮泵内部间隙增大会加剧泵内泄漏,严重影响其容积效率。首先介绍轴向间隙和径向间隙是造成泵内泄漏的2条主要途径,分析2种间隙内液体泄漏量与间隙值的数学模型。接着介绍轴向间隙的主要影响因素包括:齿轮轴挠度变形、齿轮轴偏心和泵体磨损与结构变形;而径向间隙主要被齿轮泵端盖变形和多物理场耦合作用所影响。为了控制泵内间隙泄漏量,总结了优化和控制内部间隙的研究内容。最后指出了齿轮泵间隙的局部大小变化,对研究泵的流量特性和内部结构设计有重要的参考意义。

基于HHT的绝缘子泄漏电流分析及放电状态分类识别

泄漏电流是污秽绝缘子在线监测参数,能动态地反映绝缘子表面的放电状态。文中开展了瓷绝缘子人工污秽放电试验,利用Hilbert-Huang变换分析了不同污闪阶段的泄漏电流固有模态函数分量、Hilbert边际谱与时频熵,从时频域及波形细节提取了15个特征量,使用主成分分析法与最小二乘支持向量机分类器对污秽放电状态进行识别。结果表明:起始放电阶段与闪络阶段的泄漏电流固有模态函数分量较多;泄漏电流的Hilbert边际谱上频率主要分布在0~150 Hz、200~250 Hz范围内;闪络前泄漏电流的时频熵值总是大于闪络后的;当训练样本数为测试样本数5倍及以上时,分类器的综合评判准确率可达99%,准确实现了污秽放电状态的分类识别。文中研究结果可为建立绝缘子污闪预警系统提供依据。

内啮合同曲率圆柱密封面泄漏评估方法

针对高压介质的金属密封问题,利用有限元分析方法得到圆柱面分析模型,以密封面接触应力、理论接触面积为输入参数,得到不同过盈量下密封面的真实接触面积,结合修正后的微观泄漏计算模型,研究不同曲率圆柱密封面泄漏规律。研究表明:随着圆环过盈量增加到0.04 mm,密封面产生稳定接触,泄漏量不再随着过盈量而发生变化,密封性能满足最小密封比压要求。该预测方法以密封面平均接触压力为唯一变量,可以对不同啮合方式的任意尺寸圆柱密封面泄漏量进行预测,计算泄漏率与实验数据,验证了模型的准确性,对金属高压密封设计和评估具有重要意义。

紧急关断系统对天然气泄漏灾变事故后果的影响

为明确紧急关断(emergency shutdown,ESD)系统对天然气泄漏灾变危险载荷发展特性的影响,以天然气开发地面处理工艺系统为研究对象,建立天然气泄漏灾变事故后果预测评估模型,研究ESD系统响应下天然气的空间运移和燃爆行为,并与ESD系统未响应时的预测结果进行对比。研究结果表明:ESD系统有助于降低气体泄漏速率,从而影响泄漏天然气的扩散行为及其燃爆特性,大幅减缓窒息灾害效应并阻断天然气泄漏事故的灾变升级,因此,评估天然气泄漏灾变事故后果时应考虑ESD系统的响应。研究结果可为油气处理作业防灾减灾措施的设计与优化提供参考。

基于红外视频的VOCs泄漏源定位与气羽实例分割

为实现对基于红外视频的挥发性有机化合物(VOCs)的自动化检测,提出了一种泄漏源定位和气羽实例分割的协同建模方法,既保证了模型对气羽实例的区分,也保证了每个实例只预测一个泄漏源,并支持单支路网络通过单次前向推理同时进行泄漏源定位和实例分割。考虑到泄漏源附近的气羽逸散特性,使用泄漏源位置作为气羽在嵌入空间的聚类中心,并根据泄漏气羽的时空分布选取高斯分布概率密度函数的协方差变量,对嵌入空间内的像素进行聚类,得到不同实例的泄漏源定位和实例分割结果。将泄漏源定位问题定义为具有单一关键点的关键点检测问题并给出定量评价指标。此外,通过合成数据集获得更加精确且易于获取的标注。实验结果表明,本文提出的方法可以对泄漏气羽进行较为准确的泄漏源定位和实例分割,综合定量指标高于其他同类方法,且在真实视频中具有良好的泛化性。

超临界二氧化碳泄漏减压模型构建及泄漏量分析

为了解决超临界二氧化碳管道泄漏风险评估问题,基于工业规模超临界二氧化碳小孔泄漏试验结果,提出分别构建超临界泄漏阶段、气液两相泄漏阶段、气相泄漏阶段的理论模型,并通过确定各阶段的传递参数,实现二氧化碳减压过程的理论建模。采用MATLAB软件编制了模型求解程序。通过试验数据验证了理论模型的可靠性。基于理论模型计算结果定量探讨了初始压力、初始温度和泄漏口径对泄漏减压过程压力及质量流量的影响。结果表明:初始压力在8~9.5 MPa变化时,对减压过程压力及泄漏质量流量影响较小;初始温度在33~39℃变化时,压力降至临界值的时间逐渐增加;泄漏口径减小,压降时间显著变长;在泄漏减压初期,泄漏质量流量均出现波动,随后随压力降低而逐渐降低。构建的理论模型能够实现超临界二氧化碳泄漏质量流量预测。

基于目标检测的VOC泄漏区域识别技术研究

为了解决红外气体成像仪在挥发性有机化合物(VOC)泄漏识别中存在的误识别率高、漏检率高、算法执行效率低以及模型泛化能力差等问题,提出了一种基于运动特征增强的VOC泄漏区识别方法。采用视频序列投影变化率统计的方法确定视频稳定性判定阈值,提取稳定状态下运动背景和运动前景;采用优化线性拉伸的方法对运动前景进行特征增强和异常值过滤;将运动前景与原始帧进行图像融合,并利用目标检测算法进行VOC泄漏区域识别;通过模型预训练和迁移学习的方法,以烟雾数据集和少量VOC泄漏数据集进行了识别模型训练,并将模型迁移至RK3588S嵌入式开发板上进行了执行效率测试。结果表明,该算法在交并比为0.5的情况下,平均精度均值为0.88;交并比在0.5~0.95范围内,平均精度均值为0.51,单帧平均识别时间为49 ms,具有较高的识别精度和识别效率,能够满足实时监测需求。本文中的算法能够保持稳定的模型性能且具有一定的抗干扰能力,为VOC泄漏识别提供了一定的参考。

停车场内氢能客车氢泄漏爆炸事故及风险分析

近年来,氢燃料电池汽车发展迅速。相较于氢燃料电池小汽车,氢能客车的尺寸大、储氢量大,存在的安全风险更大,研究停车场内氢能客车的氢泄漏爆炸事故及风险具有重要意义。采用FLACS软件预测停车场内的氢能客车关键部件失效后不同泄漏工况下的氢气云团的扩散过程,根据泄漏后氢气云团的含量分布特性,研究在不同点火位置下诱发氢气云爆炸事故后的爆炸超压特性;分析事故的影响范围,量化爆炸事故后果,提出爆炸风险防控建议;结合预测的事故发生概率对停车场内的氢能客车开展氢泄漏的风险分析,提出了一种氢能客车氢泄漏爆炸事故及风险分析方法。研究结果表明,环境风和停车场的规划布局都会影响泄漏后的氢扩散行为,当环境风向与停车场顶棚长度方向垂直时最有利于氢气的扩散,在大型客车停车场内氢能客车发生氢气泄漏后的扩散速度快,氢含量迅速下降,点火引发氢气云爆炸产生的爆炸冲击波威力较小,在最严重的泄漏场景下最大爆炸超压约为12.38 kPa。可在氢能客车TPRD装置附近以及停车位中间偏后对应的顶棚位置上安装灵敏度高的氢传感器,以提高实时监测氢气泄漏的灵敏度。停车场内氢泄漏后诱发氢气云爆炸事故的风险近似为3.64×10−^(7)次/年,低于风险可接受水平,该客车停车场符合安全性要求。研究结果为氢能客车与停车场内氢浓度传感器的布局以及停车场的规划建设提出了合理建议。

加氢站氢气泄漏扩散特性的小尺寸实验与模拟研究

为探究泄漏量、环境风速对加氢站内氢气泄漏扩散的影响,使用氦气代替氢气,开展小尺寸风洞实验与数值模拟研究,分析泄漏量、环境风速对氢气泄漏扩散特性的影响规律。研究结果表明:下风向有障碍物存在时会导致其附近风速降低,泄漏气体的扩散距离反而增大;在垂直于风向的水平方向上,气体扩散距离受到泄漏量和风速的影响较小,在高度和风向方向上,气体扩散距离大致与泄漏量和风速比值的均方根成正比;可燃区域体积大致与泄漏量成正比,与风速成反比;通过相似原理得到全尺寸加氢站氢气扩散距离和可燃区域体积的计算公式,其计算值与全尺寸模拟结果相符合。研究结果可为加氢站事故预防提供一定参考。

基于NB-IoT技术的天然气管道泄漏监测系统

为了对天然气管道运行情况进行实时监测,在发生泄漏时能够及时做出反应,设计了基于NBIoT技术的天然气管道泄漏监测系统。系统利用压力变送器、DHT11温湿度传感器和GPS/北斗定位系统分别对管道的内部压力、设备周围的温湿度和经纬度位置进行采集,将采集的数据通过STM32控制NBIoT物联网模块上传至OneNET物联网云平台,最终通过云平台对天然气管道进行实时监测。实验表明:该系统能够对天然气管道的数据进行实时上传,能够通过云平台进行天然气管道状态的实时监测。

煤油储罐泄漏风险分析

通过对煤油储罐泄漏风险进行分析,得到泄漏速度、扩散速度、蒸发量等数据。根据喷射火焰模型对泄漏火焰长度、目标接收到的热辐射能量、喷射火焰造成的死亡概率值,同时根据蒸气云爆炸模型对爆炸能量、热辐射值、冲击波大小及可能造成的人员伤亡半径等进行了计算,确定了安全边界,为确保试车台的试车安全提供技术支持,为制定事故应急救援预案提供科学参考数据。

基于VMD及深度学习的供水管道小尺度泄漏检测研究

针对常压、小尺度泄漏条件下,泄漏信号不明显、难以有效检测的问题,开展了供水管道泄漏检测研究,获取了100~220 kPa压力、40~80 m^(3)/h流量条件下的泄漏实验数据,并分析了压力泄漏信号的变化规律。为减少噪声干扰并增强泄漏信号特征,采用变分模态分解(VMD)对实验数据进行降噪,并进行标准化处理。基于长短期记忆网络(LSTM)、双向长短期记忆网络(BiLSTM)、门控循环单元(GRU)等典型循环神经网络,结合卷积神经网络(CNN),构建了CNN-LSTM、CNN-BiLSTM以及CNN-GRU等3种深度学习泄漏检测模型,并进行了预测性能评价,其中,CNN-GRU模型对全部实验数据的预测精度高达99.56%。结果表明:所构建的泄漏模型能够有效判断常压、小尺度条件下的管道是否发生漏损;利用CNN进行特征提取,能够有效提取泄漏特征,从而提升泄漏检测模型的预测精度和泛化性。研究工作可为管道泄漏检测系统智慧管理提供支撑。