Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Павлюков Сергей Петрович. Моделирование утечек газа из подземных газопроводов в аварийных ситуациях : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.03 / Павлюков Сергей Петрович; [Место защиты: Воронеж. гос. архитектур.-строит. ун-т].- Воронеж, 2010.- 119 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2462


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕ
ЧЕК ГАЗА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В АВАРИЙНЫХ СИ
ТУАЦИЯХ 9

  1. Аварийность газораспределительных сетей 9

  2. Проблема обнаружения утечек газа из трубопроводов распределительной сети 14

  3. Исследование процессов фильтрации природного газа от места утечки через грунт 17

1.4 Существующие методы исследования распространения при
родного газа в воздухе 22

1.5 Выводы по первой главе и постановка задачи исследования 33

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕ
НИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ГРУНТЕ И ВОЗДУХЕ 35

2.1 Модель процесса фильтрации природного газа в грунте 38

  1. Алгоритмы расчета уравнений фильтрации газа в грунте 40

  2. Расчет одномерной задачи фильтрации природного газа 44

2.2 Уравнения модели процессов распространения природного газа

в воздухе 46

2.2.1 Алгоритмы расчета уравнений распространения газа в возду
хе 50

  1. Перетекание газовоздушной смеси по полостям подземных сооружений . 55

  2. Выводы по второй главе 59

3 ПРИКЛАДНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВА- 60
НИЯ ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГАЗА В ГРУНТЕ И ВОЗ
ДУХЕ

  1. Процедуры расчета математической модели процессов распространения газа в грунте и воздухе 60

  2. Основные возможности прикладной программы для численного моделирования процессов распространения газа в грунте и воздухе 64

  3. Состав и внутренняя структура прикладной программы 67

  4. Выводы по третьей главе 72

4 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УТЕЧЕК ГАЗА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ
ГАЗОПРОВОДОВ В АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ В ГРУНТЕ И ВОЗ
ДУХЕ 73

  1. Распространение природного газа в грунте при его утечке из подземного газопровода 73

  2. Методы теории подобия в задаче распространения природного

газа в воздухе 81

4.3 Распространение природного газа в диагностической скважине

при его утечке из подземного газопровода 82

4.4 Распространение природного газа в атмосферном воздухе при

его утечке из подземного газопровода 87

  1. Расчет перетекания газовоздушной смеси по полостям подземных сооружений 92

  2. Карта прогноза распространения газа в грунте и подземных сооружениях при возникновении утечек газа 94

4.7 Выводы по четвертой главе 96

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ АДЕКВАТНОСТИ
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ПРИРОДНОГО ГАЗА В ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ СКВАЖИНЕ 97

  1. Методика проведения экспериментов 97

  2. Результаты экспериментов 101

  3. Выводы по пятой главе 104

ВЫВОДЫ 105

ЛИТЕРАТУРА 107

ПРИЛОЖЕНИЕ. Акт об использовании результатов диссертационной

работы 118



Введение диссертации:

Актуальность темы. Функционирование газораспределительных сетей осуществляется под воздействием многочисленных внешних и внутренних факторов систематического и случайного характера, что определяет сложность задач по поддержанию их в рабочем состоянии. В последнее время все более остро встает проблема старения газораспределительных сетей, растет их аварийность. Наблюдается рост количества аварий, связанных с повреждениями подземных газопроводов. Многие случаи коррозионных повреждений происходят на газопроводах, не отслуживших нормативный срок. Тяжесть последствий аварий на газораспределительных сетях приводит к необходимости раннего обнаружения и предотвращения утечек газа. Опасность утечки газа определяется не только количеством вышедшего газа, но и возможностью формирования газовоздушной смеси с последующим горением. Особенно тяжело обнаруживаются утечки из подземных газопроводов в силу их скрытости. Кроме того, газ под землей может фильтроваться на значительные расстояния и накапливаться в свободных объемах подземных сооружений и подземных пустотах. Распространение газа в грунте и свободном объеме подземных сооружений определяется большим количеством факторов и в настоящее время недостаточно изучено. Вследствие этого действующие нормативные документы по безопасности эксплуатации систем газораспределения имеют недостатки в области обнаружения газовых утечек.

Выходом из создавшейся ситуации является использование современных технологий из области численных методов механики газов для расчета распространения газа в грунте, и воздухе. В связи с этим повышение безопасности эксплуатации газопроводов на основе моделирования распространения газа в грунте и воздухе с использованием численных методов механики газов является актуальной научной задачей.

Цель работы: моделирование утечек газа из подземных газопроводов в аварийных ситуациях с целью повышения точности диагностики безопасной эксплуатации газопроводов.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи исследования:

разработка математической модели процессов распространения природного газа в грунте;

разработка математической модели распространения природного газа в диагностической скважине и прилегающем атмосферном воздухе;

получение аналитических зависимостей для процессов распространения газа;

проведение экспериментальных исследований по подтверждению разработанных математических моделей;

проведение численного моделирования распространения газа в грунте и прилегающем атмосферном воздухе;

разработка методики составления карт прогноза распространения газа при возникновении утечек.

Научная новизна:

разработана математическая модель процессов распространения природного газа в грунте, включающая в себя уравнение фильтрации газа в условиях переменной проницаемости и наличия сообщающихся полостей подземных сооружений;

получена математическая модель распространения природного газа в диагностической скважине и прилегающем атмосферном воздухе. Модель связана граничными условиями с моделью процессов распространения природного газа в грунте и позволяет рассчитывать поля концентраций природного газа в скважине;

на основе разработанных математических моделей получены аналитические зависимости для инженерных расчетов распространения природного газа в подземных сооружениях;

получены новые экспериментальные данные по распространению природного газа в грунте и диагностической скважине. Анализ результатов экспериментальных исследований показал удовлетворительное совпадение полученных данных с теоретически рассчитанными значениями концентраций природного газа;

на основе предложенных математических моделей разработана методика составления карт прогноза распространения газа в грунте и подземных сооружениях при возникновении утечек. Методика включает в себя описания распространения газа в грунтах различной проницаемости и течения газа в подземных сооружениях и коммуникациях. Использование карт прогноза позволяет повысить качество диагностического регламента обследования газопроводов при нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях.

Достоверность результатов. Теоретическая часть работы базируется на основных физических законах фильтрации газов, тепломассообмена и аэродинамики. Основные допущения, принятые при выводе исходных уравнений модели, широко используются в работах других авторов. Адекватность модели оценивалась путем сопоставления расчетных данных с результатами экспериментальных исследований.

Практическое значение и реализация результатов. Разработанные в диссертации теоретические и практические положения обеспечивают повышение надежности эксплуатации систем газоснабжения. Основные результаты диссертации обосновывают методы поиска утечек при эксплуатации газораспределительных сетей и позволяют повысить эффективность работы служб эксплуатации газопроводов. Они могут быть использованы в производственной

практике предприятий газоснабжения.

На защиту выносятся:

математическая модель процессов распространения природного газа в грунте;

математическая модель распространения природного газа в диагностической скважине и прилегающем атмосферном воздухе;

аналитические зависимости для инженерных расчетов распространения природного газа в подземных сооружениях;

экспериментальные данные по распространению природного газа в грунте и диагностической скважине;

методика составления карт прогноза распространения газа в грунте и подземных сооружениях при возникновении утечек.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 62-ой - 64-ой научных конференциях и семинарах Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж 2007-2009г.), на Международном конгрессе «Наука и инновации в строительстве (SIB-2008)» (Воронеж 2008).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 научных работ общим объемом 23 стр. Личный вклад автора составляет 16 стр.

Три статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации: «Приволжский научный журнал», «Известия ОрелГТУ», «Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура».

В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [44] приведен расчет нестацио-

нарного поля концентраций природного газа в скважине при его утечке из подземного газопровода; в работе [46] опубликован расчет фильтрации газа в грунте при его утечке из подземного газопровода; в работе [43] представлена математическая модель двухмерного поля концентраций природного газа в воздухе.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы.

Диссертация изложена на 119 страницах и содержит: 87 страниц машинописного текста, 33 рисунка, 2 таблицы, список используемых источников из 110 наименований и приложение.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций