近日，我院胡其会副教授团队在CO2管道泄放安全研究方向取得系列进展。相关研究成果分别以《Experimental study of leakage diffusion in supercritical/dense‑phase CO2 pipelines》、《Experiments on the effect of restriction orifice characteristics and impurities on the venting characteristics of supercritical/dense‑phase CO2 pipeline》、《Validation of an improved model for CO2 pipeline leakage and diffusion and prediction of hazard distance》、《Research on the dynamic response characteristics inside the pipeline during the leakage process of supercritical/dense‑phase CO2 pipeline》、《Experimental study on the low‑temperature distribution characteristics of leaks in buried supercritical/dense‑phase CO2 pipelines》、《Carbon dioxide pipeline leakage risk assessment based on pipeline failure probability correction and CO2 concentration dispersion distance prediction》和《Hazard and potential impact radius of toxic impurities leakage in supercritical/dense‑phase CO2 pipelines》发表在Energy（中科院SCI一区top，IF=10.1）、Fuel（中科院SCI二区top，IF=7.8）、Applied Thermal Engineering（中科院SCI二区top，IF=7.5）、Journal of Pipeline Science and Engineering（中科院SCI二区，IF=5）和Journal of Supercritical Fluids（中科院SCI三区，IF=4）期刊。
Energy是能源工程研究领域国际权威期刊；Fuel是能源、燃料转化领域国际权威期刊；Applied Thermal Engineering是热工程、传热传质领域国际权威期刊；Journal of Pipeline Science and Engineering是油气储运领域国际权威期刊；Journal of Supercritical Fluids是超临界流体领域国际权威期刊。本系列成果在上述期刊发表，体现了团队在CO2管道泄放安全研究领域尤其是泄放机理解析与风险后果量化方向的持续深耕获得国际同行认可。论文第一作者兼通讯作者为胡其会副教授，第二作者分别为硕士研究生郭雅琦、硕士研究生吴宇、硕士研究生张鸿武，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位。上述研究获得国家自然科学基金面上项目及黑龙江省自然科学基金项目资助。
（1）揭示超临界/密相CO2管道泄漏近场射流及远场扩散规律
依托自主搭建的工业级大尺度CO2管道泄漏扩散试验平台，开展多工况超临界、密相CO2泄漏试验，覆盖运行压力、介质温度、泄放孔径等关键工况。利用近泄放口测试装置获取泄漏口动态压力、流量、温度演化规律，通过多距离、多高度同步监测，阐明射流特征、泄漏流量、扩散区浓度及温度场规律。CO2管道泄漏时序实测数据可为泄漏源项、重气扩散仿真模型校核提供基准，支撑沿线长输管道安全距离设置与泄漏应急处置。
（2）揭示节流孔板结构与杂质对超临界/密相CO2管道放空特性影响规律
依托自主搭建的工业级大尺度CO2管道节流放空实验平台，针对实际工业CO2介质普遍混有N2、CH4杂质的工程现状，系统探究节流孔板几何结构、杂质组分对管道放空过程管内温压演化、相变行为以及放空流量的影响规律。研究阐明杂质介入会改变节流降温幅度与两相相变进程，揭示杂质诱发管路冻堵、压力异常波动的内在作用机理，厘清孔板结构‑杂质‑放空特性之间的耦合关系，可为工程含杂质CO2管道放空泄压系统优化设计、冻堵风险防控提供实验参考依据。
（3）构建CO2管道泄漏源项与大气扩散耦合预测方法
构建相态自适应的CO2管道泄漏源项计算模型，耦合改进SLAB重气扩散模型与分级修正高斯烟羽模型，可自动识别气相、超临界、密相CO2的临界与亚临界流动状态。针对泄漏空间风险差异，近场高浓度重气区域采用SLAB模型精准刻画重气沉降效应，中远场低风险区域选用改进高斯模型开展快速计算，实现不同浓度阈值下危险距离定量预测。该耦合模型兼顾近场重气扩散精度与中远场计算效率，有效弥补单一扩散模型的适用局限，能够为CO2管道泄漏事故应急危险区域圈定以及风险管控工作提供可靠的计算支撑。
（4）揭示超临界/密相CO2管道泄漏过程管内动态响应机理
聚焦CO2管道泄漏后的管内瞬态演化过程，揭示管道失效后内部相态快速转变的演化规律。探究初始压力、介质温度、泄放孔径等关键工况对管内降压速率、两相区分布范围的调控作用，厘清泄漏过程中非平衡相变与裂尖压力平台效应之间的内在关联。研究明确了管道泄压阶段的关键边界特征，可为减压波计算模型、管道泄漏仿真模型提供管内瞬态边界条件的理论支撑，进一步完善从管内瞬态泄压到外部大气扩散的CO2泄漏全链条理论体系。
（5）揭示埋地超临界/密相CO2管道泄漏土壤与管壁低温分布规律
开展多工况埋地CO2管道大规模泄漏实验，系统探究泄漏孔径、孔型、运行温压、埋深、泄漏朝向对土壤和管壁温度场的影响。研究发现土壤最低温并非出现在泄漏口，而是距离泄放口100‑150 mm位置；向下泄漏工况土壤最低温可达−87.19 ℃，管壁最低温可达−69.62 ℃；同时观测到干冰球、冻土层等现象，明确−60 ℃、0 ℃等温线的空间影响范围，相关实测数据可为埋地CO2管道低温风险评估、泄漏光纤监测以及数值仿真校验提供重要实验支撑。
（6）构建耦合失效概率与扩散后果的CO2管道泄漏定量风险评价体系
针对传统风险评估仅关注管道失效概率、缺少泄漏后果定量耦合分析的不足，将修正后的管道失效概率模型与泄漏扩散危险距离预测模型有机融合，综合纳入管道几何参数、运行工况、环境气象等多类影响因子，建立一套完整的CO2管道泄漏定量风险评价体系。该体系能够实现管道沿线风险等级的分级划分，打通“失效可能性‑泄漏后果”的风险量化链路，可为CO2管线路由比选、安全防护间距确定以及管线风险管控提供实用的量化计算工具。
（7）推荐CO2管输有毒杂质工程阈值及构建潜在影响半径公式
针对CO2实际输送过程常伴生H2S、SO2等有毒杂质的工程现实，开展多组分泄漏扩散危害仿真计算，对CO2自身窒息风险与伴生有毒杂质中毒风险进行区分研判。结合安全危害标准提出管输有毒杂质工程阈值推荐值，推导适配不同相态CO2管道泄漏的潜在影响半径计算方法。研究表明少量有毒杂质即可显著扩大泄漏危险范围，不可仅以CO2本体危害开展安全设计。该成果可为CCUS管道有毒杂质管控指标制定、管线高后果区识别与风险分析提供重要的理论参考与计算依据。
论文链接：
1. https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.136217
2. https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.138829
3. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2026.140349
4. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.130919
5. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.133707
6. https://doi.org/10.1016/j.jpse.2025.100293
7. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2026.107161
