埋地式输送天然气的管道由于敷设在土壤中,具有一定的隐蔽性,如果管道发生泄漏事故,难以被及时发现。当气体的浓度达到一定阈值时,会对人体造成伤害,一旦气体遇到明火,则可能发生火灾、爆炸等严重事故。因此研究和总结天然气管道发生泄漏事故的原因,模拟和分析管道泄漏后天然气气体扩散的规律,对于企业有效防范泄漏风险以及在管道发生泄漏事故时采取专业的补救措施具有重要意义。本文用层次分析法总结和分析管道泄漏事故可能发生的原因,系统地结合气体流动基本理论、泄漏速率基本模型及多孔介质理论等概念,研究管道发生泄漏气体扩散的情况,然后利用ICEM建立三维几何结构模型,运用FLUENT软件对气体在土壤中随时间变化的扩散情况进行数值分析模拟,通过Pipeline Studio软件对气体泄漏过程中管道泄漏点的压力变化进行研究。在本文的模拟计算中,以天然气的主要成分甲烷为研究对象,研究不同的泄漏管道压力、不同的泄漏孔径对天然气泄漏扩散的影响,分析不同时间节点的甲烷质量分数云图,并对泄漏孔O点上方5 mm处的M点、1 cm处N点、5 cm处P点、10 cm处Q点的甲烷分布进行监测。结果表明:在泄漏初期甲烷分子以喷射状向土壤中扩散,扩散的过程中气体受到土壤惯性阻力和粘性阻力的双重影响,泄漏扩散的速度随之降低。随着时间的推移,甲烷开始向土壤四周扩散,扩散区域不断增大。对于同一时间节点,在管道压力相同的情况下,管道泄漏的孔径越大,则气体的泄漏流量越多,扩散的区域增加,是正相关的影响。当泄漏孔大小一定时,模拟不同管道压力的扩散工况,泄漏初期扩散区域较小,甲烷浓度较低,随后扩散区域不断变大,浓度梯度由内向外逐渐递减,泄漏孔附近甲烷质量分数达到90%。在同一时间节点,管道压力越大,同一区域土壤中的甲烷浓度越高。在相同的工况下,M点、N点、P点、Q点距离泄漏孔越近则甲烷的浓度越高,随着气体不断逸散,这四个点的浓度不断增加,低浓度区域逐渐被高浓度取代。通过模拟不同管道压力和不同泄漏孔径情况下的甲烷泄漏变化,分析土壤中天然气扩散的规律,能够有效判断泄漏发生的情况,预防事故发生,减少事故带来的危害。