井口泄漏的煤層氣擴(kuò)散規(guī)律及安全相關(guān)問(wèn)題研究.pdf

1、煤層氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效的清潔能源,越來(lái)越受到社會(huì)各界的關(guān)注,隨著我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,煤層氣開采過(guò)程中的安全問(wèn)題也越來(lái)越突出。煤層氣井口設(shè)備,以及井口泄漏的煤層氣都可能是造成井場(chǎng)事故的源頭。煤層氣泄漏到空氣中后發(fā)生擴(kuò)散,與空氣混合,當(dāng)達(dá)到煤層氣的主要組分甲烷的爆炸極限時(shí),可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)爆炸,而煤層氣中硫化氫在一定的濃度下,可能會(huì)導(dǎo)致中毒或生命危險(xiǎn),即使泄漏量很少,暫時(shí)不會(huì)造成重大事故,但是這些危險(xiǎn)性氣體滯留在空氣,也會(huì)對(duì)周圍環(huán)境和人類

2、健康造成一定程度的傷害,因此,煤層氣泄漏,不僅會(huì)造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,還可能危害我們?nèi)祟愘囈陨娴沫h(huán)境,留下長(zhǎng)久的安全隱患,因此,對(duì)井口泄漏的煤層氣進(jìn)行擴(kuò)散數(shù)值模擬,意義重大。
　　 本論文首先比較分析了煤層氣與天然氣的異同點(diǎn),并介紹了煤層氣的開采機(jī)理和在開采煤層氣過(guò)程中的排水采氣設(shè)備,然后運(yùn)用系統(tǒng)安全分析的方法——事故樹分析法和預(yù)先危險(xiǎn)性分析法分別對(duì)煤層氣的井口設(shè)備采氣樹和抽油(水)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析,得出井口采氣樹發(fā)生泄

3、漏的主要原因,此外,還指出了抽油機(jī)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的事故類型和事故原因;其次,介紹了煤層氣的物理、化學(xué)性質(zhì),并簡(jiǎn)單說(shuō)明了煤層氣的主要組分甲烷和硫化氫的毒害機(jī)理,為下面對(duì)煤層氣的FLUENT模擬結(jié)果進(jìn)行分析做了鋪摯;再次,運(yùn)用流體力學(xué)理論,推導(dǎo)出煤層氣泄漏后在空氣中的擴(kuò)散方程組,然后簡(jiǎn)要介紹了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論CFD理論,為下文對(duì)泄漏的煤層氣進(jìn)行FLUENT數(shù)值模擬提供理論指導(dǎo);然后,建立模型,基于煤層氣擴(kuò)散方程組和CFD理論,選擇合適的計(jì)算

4、參數(shù),運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬軟件FLUENT軟件對(duì)井口泄漏的煤層氣在空氣中的泄漏狀況進(jìn)行了模擬,分別對(duì)入口速度、風(fēng)速、重力和地形等擴(kuò)散因素進(jìn)行了比較分析研究,得出煤層氣在不同影響因素下的擴(kuò)散結(jié)果,并展示了入口速度為20m/s,風(fēng)速為3m/s時(shí),泄漏后5min以內(nèi),各時(shí)刻的濃度變化情況:最后,概述了應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急響應(yīng)的基礎(chǔ)理論,并根據(jù)煤層氣泄漏后的FLUENT模擬結(jié)果,建立了煤層氣井口發(fā)生泄漏時(shí)的應(yīng)急預(yù)案。
　　 本論文將系統(tǒng)安全分析的方