研究表明土壤水分在管道泄漏的天然气地下扩散中起最大作用

一项新的研究发现，土壤水分含量是控制天然气从地下泄漏管道传播多远和浓度的主要因素。

领导这项研究的 SMU 的 Kathleen M. Smits 说，管道运营商在试图确定管道泄漏造成的潜在危害时，需要考虑周围土壤中发现的水量如何影响气体运动来自全国 77 个发生气体泄漏的地点的财产。

“我们只需要看看德克萨斯州达拉斯或乔治敦，就能知道哪里的地下管道泄漏有可能导致灾难性后果，”SMU 莱尔工程学院土木与环境工程系主任兼所罗门教授 Smits 说。全球发展。“我们经常看到此类事件是由于缺乏明确的协议来检测泄漏或评估损害的结果。这就是为什么应该更多地关注土壤水分等环境因素的重要性以及如何在泄漏中正确解释它们情景。”

总的来说，由科罗拉多州立大学能源研究所的研究科学家 Younki Cho 共同领导的团队发现，当土壤水分含量增加时，从管道泄漏的甲烷气体不会扩散得那么远。研究显示，这导致在更潮湿的土壤中靠近泄漏点的甲烷气体浓度更高。

干燥的土壤则相反。

但 Smits 强调，仅仅知道泄漏时地面的湿润程度不足以得出关于土壤水分含量如何影响气体运动的结论。当甲烷气体渗入与土壤孔隙中的水和氧气相同的空间时，泄漏时土壤的湿度(或缺乏)会触发土壤中不同的复杂行为。由于天气和季节性地下水位等其他因素，土壤水分含量也会随时间而变化。

“你必须了解水分如何同时控制运动和浓度，”Smits 说。“这是我们可以帮助 [管道所有者] 解决泄漏事件的事情。”

研究小组查看了来自全国各地泄漏点的300 多个土壤样本。在泄漏时和修复泄漏后再次采集的样品在潮湿时进行称重。它们在烤箱中干燥后也被第二次称重。

“干重和湿重的差异，与土壤样品体积的知识有关，使我们能够计算土壤水分，”Smits 解释说。

该团队还检查了其他土壤质量，如质地和渗透性，但并未证明对天然气如何在地下移动产生太大影响。

在某些情况下，步行调查比移动检测更能发现管道泄漏

在另一项旨在改进气体泄漏检测的研究中，Smits 和科罗拉多州立大学能源研究所的研究人员发现，在某些情况下，从汽车前部或车顶操作移动检测装置不如携带手持检测仪器的步行者有效。

在一项移动调查中，检测单元会在汽车行驶时测量空气中的甲烷气体含量是否升高。与徒步巡逻相比，车外 行驶速度或风速越高，泄漏检测的可能性就越低。

“例如，如果你只是将行驶速度隔离开来——将一个人以每小时 2 到 3 英里的速度行走与一辆以 20 到 30 英里/小时的慢速行驶的汽车进行比较——检测到泄漏的概率从 85% 下降步行调查到 25% 的汽车，”Smits 说。

这项发表在《环境污染》杂志上的研究表明，大气稳定性也对移动调查产生了影响。

大气稳定性从根本上决定了空气是上升、下沉还是什么都不做。温暖、密度较小的空气上升(不稳定)，而较冷、密度较大的空气下沉(稳定)。保持在同一高度的空气被认为是中性的。

研究人员发现，随着大气稳定性从极其不稳定的条件变为极其稳定，以每小时 2 到 11 英里的速度进行的移动调查在发现泄漏方面的效率逐渐降低(从 85% 到 60%)。在这些相同条件下进行的步行调查并未反映可变性。

“到目前为止，步行调查发现的泄漏最多，但它们是劳动密集型的，而且成本很高，”Smits 指出。“这项研究表明，如果运营商想使用另一种方法，例如移动调查，他们需要在不同的天气条件下慎重选择合适的调查速度，以达到与传统步行调查相当的检测概率。”

Smits 说，这些发现可能适用于任何类型的埋地管道。