Дистанционное обнаружение аварийных выбросов и утечек газов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Существует множество причин для возникновения утечки природного газа (метана) в сети газораспределения. Одна из важнейших задач газораспределительных организаций – своевременно идентифицировать и устранить утечки газа до того, как они станут причиной аварийных и нештатных ситуаций. Скорейшее устранение утечек газа минимизирует негативное влияние на экологию. В настоящей работе предложена новая оригинальная методика по обнаружению аварийных выбросов газов в атмосферу и утечек в системах газопроводов. Методика предполагает одновременное использование как экспериментальных, так и расчетных данных для определения концентрации выбрасываемого газа и характерных линейных размеров газового облака. Апробация методики проведена в лабораторных условиях с использованием баллона с пропаном и газовой горелки. В качестве регистрирующей аппаратуры применялся монофотонный сенсор “Скорпион”. В результате обработки данных эксперимента и математического моделирования с использованием методов вычислительной газовой динамики построена зависимость концентрации пропана от расстояния до горелки и определены характерные размеры газового облака.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Д. Родионов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: gomorevma@gmail.com
Россия, Москва

М. А. Гоморев

ЗАО “Научно-технический центр “Реагент”

Автор, ответственный за переписку.
Email: gomorevma@gmail.com
Россия, Москва

И. П. Родионова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: gomorevma@gmail.com
Россия, Москва

А. И. Родионов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук; ЗАО “Научно-технический центр “Реагент”

Email: gomorevma@gmail.com
Россия, Москва; Москва

В. Л. Шаповалов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: gomorevma@gmail.com
Россия, Москва

Д. В. Шестаков

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: gomorevma@gmail.com
Россия, Москва

М. Г. Голубков

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: gomorevma@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Van der Werff H.M.A., Noomen M.F., van der Meijde M. et al. // New Developments and Challenges in Remote Sensing / Ed. Bochenek. Z. /Rotterdam: Millpress, 2007. P. 707.
  2. Sabbah S., Rusch P., Gerhard J.H. et al. // Electro-Optical Remote Sensing, Photonic Technologies, and Applications V / Eds. Kamerman G.W., Steinvall O., Bishop G.J., et al. Proc. SPIE. 2011. V. 8186. 81860S; https://doi.org/10.1117/12.899687
  3. Ma P., Mondal T.G., Shi Z. et al. // Environ. Sci. Technol. 2024. V. 58. P. 12018; https://doi.org/10.1021/acs.est.4c03345
  4. Gagnon M.A., Tremblay P., Savary S. et al. // Advanced Environmental, Chemical, and Biological Sensing Technologies XI / Eds. Vo-Dinh T., Lieberman R.A., Gauglitz G.G. . Proc. SPIE. 2014. V. 9106. 91060C; https://doi.org/10.1117/12.2050588
  5. Tratt D.M., Buckland K.N., Keim E.R. et al. // Proc. 8th Workshop on Hyperspectral Image and Signal Processing: Evolution in Remote Sensing (WHISPERS). Los Angeles: IEEE, 2016. P. 1; https://doi.org/10.1109/WHISPERS.2016.8071711
  6. Xavier W., Labat N., Audouin G. et al. // Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference (16ADIP). Abu Dhabi: SPE, 2016. SPE-183527-MS; https://doi.org/10.2118/183527-MS
  7. Scafutto R.P.M., De Souza Filho C.R. // Remote Sens. 2018. V. 10. № 8. 1237; https://doi.org/10.3390/rs10081237
  8. Xiao C., Fu B., Shui H. et al. // Remote Sens. 2020. V. 12. № 3. 537; https://doi.org/10.3390/rs12030537
  9. Рубцов Н.М., Виноградов А.Н., Калинин А.П. и др. // Хим. физика. 2019. Т. 38. № 4. С. 53; https://doi.org/10.1134/S0207401X19040101
  10. Родионов А.И., Родионов И.Д., Родионова И.П. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 10. С. 61; https://doi.org/10.31857/S0207401X21100113
  11. Rubtsov N., Alymov M., Kalinin A. et al. Remote studies of combustion and explosion processes based on optoelectronic methods. Melbourne: AUS PUBLISHERS, 2022; https://doi.org/10.26526/monography_62876066a124d8.04785158
  12. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980.
  13. ANSYS Fluent Theory Guide. Canonsburg: SAS Inc., 2013.
  14. Star-CCM+. https://star-ccm.com/
  15. Введение в COMSOL Multiphysics; https://www.comsol.com/
  16. Flow Vision; https://flowvisioncfd.com/en/
  17. SALOME version 9.12.0; https://www.salome-platform.org/?p=2657
  18. Schwarz J., Axelsson K., Anheuer D. et al. // SoftwareX. 2023. V. 22. 101378; https://doi.org/10.1016/j.softx.2023.101378
  19. Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений. Санкт-Петербург: Изд-во Балтийского ГТУ, 2001.
  20. Wilcox D.C. Turbulence modelling for CFD. San Diego: Birmingham Press, 2006.
  21. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: Физматлит, 2008.
  22. Leachman J.W., Jacobsen R.T., Lemmon E.W. et al. Thermodynamic properties of cryogenic fluids / Eds. Van Sciver S.W., Jeong S.. Cham: Springer International Publishing, 2017; https://doi.org/10.1007/978-3-319-57835-4
  23. Span R. Multiparameter equations of state. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2000; https://doi.org/10.1007/978-3-662-04092-8
  24. Lemmon E.W., Bell I.H., Huber M.L. et al. NIST Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database (REFPROP) Ver. 10.0. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2018.
  25. Гольдштик М.А., Штерн В.Н. Гидродинамическая устойчивость и турбулентность. Новосибирск: Наука, 1977.
  26. Schlichting H., Gersten K. Boundary-layer theory. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2017; https://doi.org/10.1007/978-3-662-52919-5
  27. Приказ Ростехнадзора от 28.11.2022 № 415 “Об утверждении Руководства по безопасности “Методика оценки последствий аварий на взрывопожароопасных химических производствах”. 2022; https://set.rk.gov.ru/uploads/txteditor/set/attachments/d4/1d/8c/d98f00b204e9800998ecf8427e/phpIW8esL_1.pdf
  28. Руководство по безопасности “Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ”. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2015.
  29. FLACS-CFD Release 24.1; https://www.gexcon.com/software/flacs-cfd/
  30. Монин А.С., Обухов А.М. // Тр. Геофиз. Инст-та АН СССР. 1954. Т. 24. № 151. С. 163.
  31. Tiab D., Donaldson E.C. Petrophysics: theory and practice of measuring of reservoir rock and fluid transport properties. Oxford: Gulf Professional Publishing, 2004.
  32. Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика. М.: Недра, 1993.
  33. Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Розенберг Г.Д. Нефтегазовая гидромеханика. М.–Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2005.
  34. Yuhu D., Huilin G., Jingen Z. et al. // Chem. Eng. J. 2003. V. 92. № 1–3. P. 237; https://doi.org/10.1016/S1385-8947(02)00259-0
  35. Белов А.А., Калинин А.П., Крысюк И.В. и др. // Датчики и системы. 2010. № 1. С. 47.
  36. Калинин А.П., Егоров В.В., Родионов А.И. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 7. С. 17; https://doi.org/10.31857/S0207401X23070087
  37. Родионов А.И., Родионов И.Д., Родионова И.П. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 10. C. 96; https://doi.org/10.31857/S0207401X23100138
  38. Козлов П.В., Забелинский И.Е., Быкова Н.Г. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 9. С. 26; https://doi.org/10.31857/S0207401X22090047
  39. Голяк Ил.С., Анфимов Д.Р., Винтайкин И.Б. и др. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 4. C. 3; https://doi.org/10.31857/S0207401X23040088
  40. Морозов А.Н., Табалин С.Е., Анфимов Д.Р. и др. // Хим. физика. 2024. Т. 43. № 6.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фотография экспериментальной установки.

Скачать (290KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фотография монофотонного УФ–С-сенсора “Скорпион”.

Скачать (175KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Скалярная сцена концентрации пропана. Величина h – объемная доля пропана в смеси “пропан+воздух”.

Скачать (48KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость относительной концентрации пропана n/n0 от расстояния x до патрубка. Здесь n0 – концентрация пропана в патрубке.

Скачать (29KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024