埋地管道泄漏油品扩散及修复过程模拟与实验研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wodeziyuan
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目前,管道运输己成为石油与天然气最主要的输送方式,埋地管道作为管道输送油品的主要方式之一,是连接上游资源和下游用户的纽带。其具有高压力、大输送量、大管径等特点,一旦发生泄漏事故,不但会造成巨大的经济损失,还会对当地的水源、土壤、生态环境及公众安全造成长期的负面影响。可见,研究埋地管道油品泄漏扩散规律对于制定恰当的应急抢险方案,减少因泄漏事故造成的损失具有重要意义。本文在深入调研国内外现状的基础上做了以下工作:开展泄漏油品在土壤与地下水中扩散特性的数值模拟研究。通过三维数值模拟研究泄漏速度、孔隙度以及土壤温度等因素对泄漏油品在土壤中扩散特性的影响。结果表明,泄漏油品从管道正下方泄漏孔进入土壤,随着时间的增加,泄漏油品在土壤中的扩散范围增大,在所研究泄漏最大的速度为4.9 m/s时,油品扩散1 h的面积和体积最大,分别为0.170 m~2和0.060 m~3。沿泄漏口中心垂直向下的中心线上,泄漏油品扩散速率与压力随深度的增加而骤减,除了泄漏口附近存在扩散速率与压力,其它渗透区域的扩散速率和压力基本为0。泄漏油品扩散范围还与孔隙度有关,孔隙度越小,扩散范围越大,在所研究最小的孔隙度为0.1时,油品扩散1 h的面积和体积最大,分别为0.385 m~2和0.177m~3。孔隙度对泄漏油品扩散速度场与压力场分布基本没有影响。土壤温度对泄漏油品在土壤中的扩散范围以及扩散速度场与压力场分布没有影响。地下水的存在会影响泄漏油品扩散特性,使得泄漏油品的扩散面积和体积增大,且油品最终会稳定在由地下水形成的毛细带上边缘附近。进行油品在土壤中(水饱和度为0)的扩散特性实验研究,不仅验证了数值模拟方法的可行性,而且还可通过合理的数值模拟方法对实验研究和理论分析进行指导,弥补实验工作的不足。同时,也发现管道泄漏后油品扩散范围与泄漏时间保持一定变化规律,在该研究的最小泄漏速度情况下,泄漏事故发生10 min时的横向和垂向扩散距离都已达到15 cm以上,随着时间的增加,垂向扩散距离增速逐渐比横向扩散距离增速快,在60 min时,垂向扩散距离已经增加至34.2 cm,而横向扩散距离才增加至27.4 cm。因此,通过定量分析可以确定事故泄漏扩散范围,为事故处理提供参考依据,提高事故的应急控制能力。进行油品在土壤中(水饱和度自上而下递增)的扩散特性实验研究,发现油品在渗漏初期,锋面尚未到达地下水毛细区上边缘时,其运动以垂向扩散为主,由于毛细作用,横向也有一定扩散,但相对于垂向运动有限。当泄漏油品锋面到达毛细区上边缘以后,油品将沿着毛细区上边缘横向扩展,自此油品的运动将以沿着毛细区上边缘的横向扩散为主,垂向进入毛细区和地下水中的部分有限。随着扩散的进行,泄漏油品最终稳定在毛细区上边缘。在泄漏事故发生后,采用抽出处理技术进行土壤和地下水修复,在抽出处理技术中的地上污染物处理部分采用自主设计的电絮凝含油污水处理装置。合理控制电絮凝装置参数,可将地下水的含油量降至20 ppm以下,并直接循环淋滤被污染的土壤。虽然通过淋滤的方式可以加快土壤中的泄漏油品向地下水中扩散,但是采用清水驱替油品的速度受多孔介质渗透率限制,最大为21 L/h,因此,可以配合其他淋滤液,实现土壤与地下水的高效修复。
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