对于海底天然气管道泄漏,天然气会在水中以浮羽射流的方式泄漏扩散,直至溢出水面。当天然气运动到水面,并在水面上进行扩散时,还有可能发生燃烧、爆炸等事故,带来环境风险。为了对天然气在海水中泄漏扩散的机理进行研究,首先分析了浮羽射流的运动规律,给出了气体在水体时泄漏的初始速率公式,为数值模拟提供数据。研究和总结了运动界面追踪方法,通过对比,选择流体体积函数法作为海底输气管道泄漏扩散的数值模拟方法。利用ICEM CFD软件进行了海底输气管道泄漏几何模型建模和网格划分,使用Fluent建立浅海输气管道泄漏模型。通过模拟得到了海底输气管道泄漏时天然气在海水中的运动规律,再选取泄漏口径、水流速度、管道压力、水深作为影响因素进行模拟。通过正交试验分析发现,当以运动到水面时间作为试验指标时,各因素之间主次关系:水深>泄漏口径>管道压力>水流速度,其中水深是重要影响因素,其余为次要影响因素。当以运动到水面的溢出区域大小作为试验指标时,各因素之间主次关系:水流速度>水深>泄漏口径>管道压力,此时各因素均对试验指标有较大影响。分析了天然气达到海面后在大气中扩散的情况,并对其可能产生的事故后果进行了研究。当天然气形成可燃气云并遇到火源,形成火灾时,火灾的形式有:类似于池火灾的燃烧、喷射火、火球、闪火等,给出了燃烧和爆炸的伤害准则。使用Fluent软件对天然气在大气中扩散和爆燃的现象进行了模拟。天然气首先向下风向和水平方向扩散,随后由于风的影响,气体在垂直方向的运动受到抑制,气云主体开始下降,逐渐贴近海面,沿着海面水平扩散。然后模拟了风速、天然气溢出速度、溢出位置大小对天然气扩散的影响,得到天然气危险浓度范围。随后进行了天然气可燃气云的爆燃现象,分别在低空和高空时点燃,在低空时,最终会形成类似于池火灾的燃烧,在高空时点燃,燃烧形式为火球火灾。可燃气云遇到火源燃烧时超压值较小,不会对人员和设备造成伤害,主要的危害是来自于高温和热辐射。本文考虑了浅海地区输气管道泄漏从水下到海面的整个过程,研究结果能够为相关部门制定相应的应急和维抢修措施提供理论依据,将事故的损害和经济损失降到最低。