[發明專利]一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法

在審

• 申請號: 202310421919.7
• 申請日: 2023-04-19
• 公開（公告）號: CN116432462A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 吳瑕;孫浩;沈定金;蘭嵐
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06Q10/0635;G06Q50/06;G06F111/08;G06F119/02
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本發明公開了一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法，屬于油氣管道安全技術領域。其包括以下步驟：根據天然氣長輸管道爆炸碎片拋射過程分析，確定天然氣長輸管道爆炸碎片投射的二維軌跡方程；根據壓縮天然氣絕熱膨脹過程計算碎片投射初速度；根據歷史事故數據統計結果，定義碎片數量、碎片飛行阻力系數、碎片發射角等隨機參數概率分布類型；采用蒙特卡洛方法隨機抽樣產生計算參數，計算碎片投射距離，達到最大抽樣后，分析碎片的落點范圍分布規律，確定爆炸碎片影響范圍。本專利所述天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法，具有實現速度快、計算量小的特點，優于實驗和數值仿真方法，有助于合理評估天然氣長輸管道失效影響范圍。

技術領域

本發明屬于天然氣長輸管道安全技術領域，涉及一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法。

背景技術

管道是石油和天然氣的主要運輸方式。長距離天然氣輸送管線作為國家的能源大動脈，有力地保障了國民經濟的發展。隨著國家管網公司的成立以及中俄東線天然氣管道等長距離管線的建成和投產，油氣管線在經濟發展和人民生活中的作用將更加凸顯。

隨著油氣消費量的不斷增加，天然氣長輸管道向長運距、大管徑和高壓力方向發展。同時，天然氣長輸管道也時常由于第三方開挖、腐蝕、地質災害等原因發生失效事故，造成大量的天然氣泄漏，嚴重威脅管道周邊人民群眾的生命安全。碎片拋射是長輸天然氣管道重要的失效后果。天然氣長輸管道失效時，高壓天然氣蘊含的強大壓縮能量在管道破裂瞬間釋放，造成管道斷裂成多個碎片并從爆炸地點飛出，飛出的碎片有擊中管道周邊的設備或人員的風險，并且可能引發連鎖事故。2009年美國佛洛里達州就發生過收費公路上的2人因天然氣管道爆炸飛濺的碎片而受傷的案例。所以在天然氣長輸管道向高鋼級、大管徑發展的趨勢下開發一種便捷高效的爆炸碎片影響范圍評價方法對于合理評估管道失效的安全距離，降低管道失效事故損失有重要意義。

目前，確定天然氣管道失效后果影響范圍的方法主要有基于實驗的方法、數值模擬方法和基于歷史數據統計的方法。若采用實驗方法研究長輸天然氣管道爆炸碎片影響范圍將面臨著實驗成本高的問題，而數值模擬方法在建模過程中則難以處理影響碎片投射各參數存在的隨機性問題，造成最終模擬結果難以契合實際情況。

以上分析表明，在天然氣長輸管道安全技術領域急需一種便捷高效、成本低廉的爆炸碎片影響范圍評價方法，以合理界定長輸天然氣管道失效的碎片后果危害范圍，降低失效事故損失。

因此，本發明提出了一種結合歷史數據統計和蒙特卡洛模擬的天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍計算方法。通過對天然氣長輸管道爆炸碎片拋射過程的分析，確定了碎片拋射運動的軌跡方程，隨后基于天然氣絕熱膨脹做功效應計算碎片拋射初速度。基于對事故數據的統計確定了管道爆炸時產生碎片數量、發射角、碎片面積、阻力系數等參數的分布特征。隨后采用蒙特卡洛法模擬各個參數隨機組合下碎片的飛行軌跡，統計碎片投射距離的分布特征，最終獲取爆炸碎片的擊中概率最高區域作為長輸天然氣管道爆炸碎片影響范圍。

發明內容

本發明提供了一種基于歷史數據統計和蒙特卡洛模擬的長輸天然氣管道爆炸碎片影響范圍計算方法。基于歷史數據統計得出影響天然氣長輸管道失效碎片投射的參數的概率密度函數，隨后采用蒙特卡洛方法對各個參數進行隨機抽樣以處理碎片投射過程中參數的隨機性問題，計算參數隨機組合下碎片的投射距離，達到最大抽樣后得出碎片投射距離的數值特征，確定碎片的影響范圍。

本發明是通過以下技術方案實現的：

上述的一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的預測方法，包括以下步驟：

步驟1，根據天然氣長輸管道爆炸碎片拋射過程分析，確定天然氣長輸管道爆炸碎片投射的二維軌跡方程；

步驟2，根據壓縮天然氣絕熱膨脹過程計算碎片投射初速度；

步驟3，根據歷史事故數據統計結果，定義碎片數量、碎片飛行阻力系數、碎片發射角等隨機參數概率分布類型；