随着天然气用量的逐年增加,天然气管道空间分布日趋密集。由于部分城市地下管道年久失修而处于事故多发阶段,加之多种因素的影响使天然气管道泄漏事故时有发生。其中埋地管道泄漏具有一定的隐蔽性,不易被检测发现。在泄漏时间足够充足的情况下,泄漏天然气极易通过土壤扩散至临近的封闭空间发生爆炸。因此,如何有效防范埋地天然气管道泄漏在土壤中扩散对临近密闭空间产生的威胁成为亟需解决的问题。为此,本课题通过探究埋地管道泄漏天然气在土壤中的扩散迁移规律以及对临近密闭空间的影响,对不同工况下的泄漏危险性进行对比,为天然气泄漏后的危险排查工作提供帮助。本课题分别进行了天然气在圆管土壤柱中的渗流实验、埋地管道泄漏天然气在土壤中无其他市政管道时和有其他市政管道时的扩散实验。以沙土和黏土颗粒作为多孔介质,对比分析了土壤性质和渗流方向对天然气在土壤中渗流系数的影响,对比了泄漏流量、泄漏口开口方向、气体种类、泄漏管道埋深、泄漏口与其他市政管道间距和土壤表面覆盖等因素对天然气在土壤中的扩散规律和危害范围的影响。主要实验结果如下:(1)可将达西渗流定律变为v=K(35)p L用来对天然气渗流过程中压降和流速的关系进行线性描述,并利用拟合曲线进行渗流系数计算。含水率的升高使土壤孔隙率线性降低,从而导致渗流系数降低。但孔隙率降低对渗流能力的影响在孔隙率较高时更为明显。在孔隙率不随渗流方向改变的情况下,天然气在竖直方向拥有更强的渗流能力,本实验中黏土颗粒在竖直方向的渗流系数较水平方向提高3%。(2)埋地管道泄漏天然气在无其他市政管道的土壤中扩散时,随着泄漏流量的增加,各测点的响应速度提高1-10倍不等,浓度增长速度和最终累积浓度都有显著提升,横向扩散范围加大。当泄漏量为0.6m3/h左右时,最小的累积浓度黏土颗粒中仅为2.25%,沙土中可达75.41%。;泄漏口开口向下会降低泄漏天然气的横向扩散量,使扩散的影响范围的有所减小,测点累积浓度较低,响应时间也相对较慢;当泄漏燃气为氢气时,各测点的响应时间均可缩短2-3倍,但累积浓度最多可下降28.38%。(3)埋地管道泄漏天然气在有其他市政管道的土壤中扩散时,泄漏流量从3000Pa增加到0.05MPa后,沙土中扩散管口处的响应时间缩短了约2倍,黏土颗粒中缩短了近7倍;在同种介质下,随着泄漏口和扩散管入口间水平距离的增加,泄漏天然气向其他市政管道内扩散的能力逐渐减弱。在黏土颗粒中当泄漏口和临近管道入口间水平距离达到90cm时,天然气在扩散管口已无法再向后扩散;在沙土中泄漏口开口向下较开口向上时各测点的响应时间缩短了近1倍,但在黏土颗粒中时扩散管口的响应时间延长了2倍以上,所以在大孔隙率的黏土颗粒中泄漏天然气扩散至其他市政管道的能力大幅度降低;泄漏口埋深增加30cm使沙土中各测点的响应时间缩短了100-200s,但黏土颗粒中却延长了1-5倍,最终的累积浓度在扩散管末端也有所下降;有上方覆盖会使沙土中各点的响应时间明显缩短,但使黏土颗粒中各点有所增长。沙土中各点累积浓度均达到100%,黏土颗粒中未达到100%的最末点累积浓度在覆盖后提高了约28%。