[發(fā)明專利]一種含汞天然氣泄漏造成的土壤污染面積的計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010526682.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111754633A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李磊;羅金恒;張庶鑫;李麗鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司;中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所
• 主分類號(hào): G06T17/20
• 分類號(hào): G06T17/20;G06F30/20;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發(fā)明公開(kāi)了一種含汞天然氣泄漏造成的土壤污染面積的計(jì)算方法，屬于仿真計(jì)算領(lǐng)域。本發(fā)明的計(jì)算方法，通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)泄漏出的含汞天然氣在大氣中的擴(kuò)散進(jìn)行模擬計(jì)算，得到汞蒸氣擴(kuò)散到地面的范圍及不同范圍內(nèi)的濃度，接著利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算土壤對(duì)汞蒸氣的吸附量，以確認(rèn)汞蒸氣對(duì)土壤的污染面積；本發(fā)明主要依賴于成熟的計(jì)算流體力學(xué)軟件進(jìn)行，對(duì)于擴(kuò)散結(jié)果的計(jì)算具有較高的準(zhǔn)確度；另外，能夠?qū)Ω鞣N不同的泄漏情況進(jìn)行模擬，適用性好。本發(fā)明獲得的計(jì)算結(jié)果，一方面有助于含汞天然氣泄漏后土壤修復(fù)工作的進(jìn)行，提高了工作質(zhì)量和效率，另一方面，還能為含汞天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供更多的數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿真計(jì)算領(lǐng)域，尤其是一種含汞天然氣泄漏造成的土壤污染面積的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

汞是一種劇毒物質(zhì)，含汞天然氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要解決汞帶來(lái)的安全、環(huán)保問(wèn)題，含汞天然氣管道一旦發(fā)生泄漏不僅會(huì)污染大氣，由于汞密度較大，在氣體中具有很強(qiáng)的沉降作用，易貼近地面擴(kuò)散，被土壤內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)和黏土吸附，富集在土壤表層，造成土壤污染。

為了降低泄漏事故的影響，往往會(huì)采取各種方法對(duì)被汞污染的土壤進(jìn)行修復(fù)，需要對(duì)污染面積進(jìn)行確認(rèn)。目前，對(duì)汞污染的研究主要針對(duì)大氣環(huán)境或區(qū)域性的汞排放和污染控制，極少分析過(guò)含汞天然氣泄漏以后的事故后果，且大部分對(duì)事故后果的研究著眼于對(duì)中毒劑量和人體防護(hù)技術(shù)，對(duì)管道附近土壤的污染后果評(píng)估基本沒(méi)有；另一方面，也缺乏將CFD模擬軟件和汞泄漏事故定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相結(jié)合的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中汞泄漏事故無(wú)定量評(píng)估的缺點(diǎn)，提供一種含汞天然氣泄漏造成的土壤污染面積的計(jì)算方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種含汞天然氣泄漏造成的土壤污染面積的計(jì)算方法，包括以下步驟：

(1)確認(rèn)泄漏工況；

(2)采用計(jì)算流體力學(xué)仿真方法對(duì)含汞天然氣的擴(kuò)散場(chǎng)域進(jìn)行三維建模，并對(duì)模型邊界進(jìn)行命名；

(3)對(duì)建模模型進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，并對(duì)泄漏孔處網(wǎng)格進(jìn)行加密，之后輸出網(wǎng)格文件；

(4)將網(wǎng)格文件導(dǎo)入CFD仿真求解器，設(shè)置泄漏天然氣的組分、計(jì)算模型和邊界條件；

(5)基于風(fēng)速定義函數(shù)構(gòu)建函數(shù)，將UDF函數(shù)導(dǎo)入CFD仿真求解器；

(6)利用CFD軟件對(duì)空氣流動(dòng)進(jìn)行模擬，將泄漏孔設(shè)置為壁面條件，開(kāi)始求解，直至各項(xiàng)殘差值低于預(yù)設(shè)值，達(dá)到收斂，得到一個(gè)穩(wěn)定的風(fēng)場(chǎng)；

(7)利用CFD軟件對(duì)含汞天然氣泄漏進(jìn)行模擬，將泄漏孔設(shè)置為壓力出口，設(shè)置求解步數(shù)，進(jìn)行求解直至各項(xiàng)殘差值低于預(yù)設(shè)值，達(dá)到收斂，得到穩(wěn)定的汞擴(kuò)散水平范圍；

(8)改變計(jì)算模型的邊界條件，得到不同泄漏工況下含汞天然氣的擴(kuò)散范圍，利用CFD后處理軟件對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，得到地面不同位置上汞濃度的分布；

(9)采用土壤對(duì)汞的吸附模型，計(jì)算出地面不同位置的土壤對(duì)汞的吸附量。

進(jìn)一步的，步驟1)中的泄漏工況包括：管內(nèi)初始?jí)毫Α⑿孤┛讖胶凸俊?/p>

進(jìn)一步的，步驟4)中的計(jì)算模型為：

標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型。

進(jìn)一步的，步驟4)中計(jì)算模型為：

組分運(yùn)輸模型。

進(jìn)一步的，步驟5)中采用SIMPLE算法進(jìn)行求解，計(jì)算模型的各子項(xiàng)采用以下離散格式：

梯度采用最小二乘單元；

壓力采用二階格式；