初始温压对超临界/密相CO_(2)管道泄放的影响实验

作     者：张对红 丛思琦 胡其会 程磊 列斯别克·塔拉甫别克 韩辉 李兆兰 ZHANG Duihong;CONG Siqi;HU Qihui;CHENG Lei;Liesibieke·TALAFUBIEKE;HAN Hui;LI Zhaolan

作者机构：国家管网集团科学技术研究总院分公司河北省廊坊市065000 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院·山东省油气储运安全重点实验室山东省青岛市266580 

出 版 物：《油气储运》 (Oil & Gas Storage and Transportation)

年 卷 期：2024年第43卷第3期

页      面：281-288页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

基　　金：国家石油天然气管网集团有限公司重大科技攻关课题“超临界CO_(2)管道输送工艺与安全技术研究”,GWHT20220011708 国家重点研发计划“战略性科技创新合作”专项“区域二氧化碳捕集与封存关键技术研发与示范”,2022YFE0206800 

主　　题：CO_(2)管道 泄放实验 浓度扩散 温降 

摘      要：【目的】工业CO_(2)管道输送一般维持在超临界/密相高压运行,一旦发生管道泄漏,泄漏口附近区域将产生高浓度CO_(2),对周围人员、生物等带来严重伤亡威胁。目前针对CO_(2)管道泄漏影响范围与安全距离的定量分析相关研究较为欠缺。【方法】为探究超临界/密相CO_(2)管道泄漏扩散规律,并得到不同CO_(2)暴露浓度下的安全距离,采用自主设计的大型CO_(2)管道泄放扩散实验装置,开展不同压力、温度条件下的CO_(2)管道泄放实验,分析泄放后扩散区域的CO_(2)浓度变化规律及典型体积分数下CO_(2)的影响范围。【结果】在实验压力与温度范围内,近泄放口处CO_(2)的体积分数主要受射流作用影响,在所有实验工况中,距泄放口5 m处CO_(2)体积分数最高可达70%,距泄放口10 m处CO_(2)体积分数均低于8%。计算得到距离泄放口5 m处体积分数大于4%的CO_(2)泄放持续时间最长达到125.6 s,随着管内压力的升高,CO_(2)体积分数大于4%的泄放持续时间更久。距离泄放口较远处CO_(2)的体积分数受湍流扩散和环境风速、风向的影响,管内压力在7.5~10.5 MPa时,体积分数4%的CO_(2)扩散的最远距离为32 m;管内运行温度为20~40℃时,体积分数4%的CO_(2)扩散的最远距离为20 m。CO_(2)管道泄放后,扩散区温度也会降低,随着初始压力的升高或管内初始温度的降低,扩散区的温降增大。【结论】管内运行压力越高或管内初始温度越低时,CO_(2)的扩散距离越远,但环境风会影响CO_(2)扩散距离。在工业CO_(2)管道发生泄放后,不仅要根据CO_(2)管道运行状态,还要结合环境风速与风向综合考虑来进行危险区域划定。(图11,表1,参20)