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小规模CO2埋地管道介质泄漏扩散特性研究
| 论文题名： | 小规模CO2埋地管道介质泄漏扩散特性研究 |
| 关键词： | 二氧化碳;管道输送;泄漏扩散;安全性 |
| 摘要： | 碳捕集与封存(Carbon Capture and Sequestration，CCS)技术，目前被国内外普遍认为是缓解温室效应最为有效的方式。二氧化碳(CO2)管道输送作为CCS链的中间环节，其安全性备受关注。CO2作为一种危险气体，一旦由管道泄漏扩散至大气，形成的高浓度区和低温区会对周围人员产生危害。然而，目前还没有成熟的理论模型完整描述CO2泄漏扩散特性，理论和模拟仍需大量的实验数据做支撑;更为关键的是，已有的CO2泄漏扩散研究多关注地面上的管道，针对CO2埋地管道，相关研究几乎未开展。 针对上述情况，本文以CO2埋地管道为研究对象，以小规模泄放实验为主要研究方法，探讨CO2的泄漏扩散特性。主要内容及结论如下: (1)建立了气相CO2埋地管道全截面泄漏、气相CO2埋地管道小孔泄漏和液相CO2埋地管道小孔泄漏三套实验装置。设计了能够模拟埋地管道工况的模拟沙箱结构。建立了测量及数据采集系统并校准了实验中应用的测量仪器，测量了所用沙土的物性参数。 (2)通过开展CO2在大气与在埋地工况的对比实验，研究了CO2泄漏扩散特性的不同。结果表明与大气泄漏扩散相比，埋地工况下近源区CO2的浓度更高，且泄放区的温度更低。因此，埋地CO2管道一旦泄漏，其危害程度将比地上管道更加严重。 (3)通过改变泄放流量，实验研究了CO2埋地管道全截面泄漏扩散特性。结果表明扩散区浓度呈现初始、上升和稳定三个阶段。泄放流量越大，浓度上升速率越快，测点峰值浓度越高。扩散区温度在水平方向和竖直方向上均存在温度梯度。距泄放口一定距离后，由于重气沉降土壤下层温度要低于上层，并且随着距离和流量的增加浓度分层更显著。以一定相似原则对实验放大，拟合得到工程现场流量与安全距离的定量关系。 (4)通过改变泄放口径、泄放压力，实验研究了CO2埋地管道小孔泄漏扩散特性。泄放压力与口径越大，CO2扩散越快、稳定时浓度峰值越高，泄放区的温降越大;泄放方向影响地表浓度分布，向上泄放时各测点浓度略高于水平泄放，明显高于向下泄放;而泄放方向对温度分布的影响并不显著。近泄放口区域会形成冻土球，冻土球内外存在较大温度差。通过数据拟合得到2mm泄放口径下冻土球直径与泄放压力间的定量关系。 (5)通过实验研究了液相CO2埋地管道的泄漏扩散特性。液态CO2泄放后泄放区的温降要远大于气态的温降，实验工况下最大温差为80℃。埋地深度的大小对泄放形貌有较大影响，埋地较深时管内液相CO2喷出后会在孔口附近形成干冰并大量堆积，在泄放区呈现出干冰区和土壤区，干冰区的温度均在-50℃以下。干冰区的温度在下降过程中先后出现两次温度的骤降，这与干冰的形成密切相关。 |
| 作者： | 刘正刚 |
| 专业： | 安全工程 |
| 导师： | 喻健良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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