随着城市地下管道大量建设和城镇区域不断扩张,地下供水管道与地下天然气管道并行交叉情况越来越多。地下天然气管道在服役过程中,若受相邻水管泄漏而产生的水砂射流冲蚀影响,易导致管道发生失效泄漏,进而导致灾难性的事故后果。因此,针对这种普遍性、隐蔽性、危害性高的场景,研究泄漏水管的射流冲蚀作用下地下相邻天然气管道风险评估方法,对管道安全运营具有重要的工程意义。主要研究内容如下:(1)冲蚀磨损速率模型研究及射流冲蚀作用下天然气管道可靠性分析。考虑管材的临界应变和砂粒在管壁表面形成塑变脊的影响,基于“切削-变形”机理,推导改进的冲蚀磨损速率模型;结合Fluent模拟水管泄漏射流获得射流冲蚀面积和冲击速度分布,在最小壁厚准则的基础上建立天然气管道极限状态方程,采用Monte-Carlo方法对该场景下天然气管道进行失效概率计算和参数敏感性分析。最后,基于射流冲蚀作用下地下相邻天然气管道的失效概率提出水管与天然气管道的敷设安全间距。(2)地下天然气管道典型管材水砂射流冲蚀磨损实验。以管材常用的20号钢材为研究对象,进行不同喷射角度、砂粒粒径条件下的实验。通过观察试样磨损表面形貌,分析砂粒对20号钢材在不同喷射角度下的失效机理。以试样失重率和粗糙度两个指标确定材料的临界冲蚀角度。最后计算喷嘴至试样表面处的砂粒相速度,从而计算冲蚀磨损速率理论值,与实验测量值对比,以验证改进冲蚀磨损速率模型的可靠性。(3)泄漏水管射流冲蚀作用下地下相邻天然气管道风险评估方法构建。针对水管与天然气管道的结构尺寸、相邻敷设距离推导射流方向有效因子,结合水管泄漏概率、射流冲蚀作用下天然气管道失效概率、点燃概率,计算事故发生概率;采用事件树分析事故后果形式,建立LS-DYNA模拟软件的爆炸三维模型,以冲击波超压对人体损伤程度阈值划分人员伤亡半径;考虑天然气管道埋深改进该场景下个人风险和社会风险计算模型;并选用基于ALARP原则确定的个人风险可接受准则和社会风险可接受准则。(4)泄漏水管射流冲蚀作用下地下相邻天然气管道风险评估工程案例分析。分别对广东省、马来西亚两案例中的天然气管道与水管相邻敷设场景进行风险评估,从事故发生概率、事故后果损失两方面进行计算,得到该场景的个人风险水平和社会风险水平。最后针对地下水管与天然管相邻敷设场景提出相应的风险防控措施,并计算实施防控措施后地下水管与天然气管道近间距敷设的风险水平,以分析防控措施的有效性。