CN111222212A - 一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,包括以下步骤:S1:根据长输乙烷管道勘探与设计资料,收集影响阀室设计间距值的基础参数;S2:对影响阀室间距的相关因素数据进行计算;S3:判断乙烷管道所处的地区等级;S4:根据地区等级关系选择阀室间距计算公式进行计算,其中计算公式为:式中,Pf为各地区等级管道受第三方损坏的失效概率,[km.年]‑1;ψ系数在一级、二级、三级、四级地区的取值分别为ψ1=1.492×10‑5、ψ2=1.493×10‑5、ψ3=1.4933×10‑5、ψ4=1.494×10‑5;L为管道计算长度,km;ρ3为人口密度,人/m2;l为阀室间距计算值,km。该发明涉及能源输送技术领域。该乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法通过收集基础数据并计算相关影响因素数据构建更加可靠的计算公式,具有更好的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及能源输送技术领域,具体为一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法。
背景技术
作为一种重要的化工原料,乙烷通过管道输送至炼厂进行加工,能够将气田伴生气就近利用,且作为乙烷主要依靠国外进口的重要补充渠道。线路截断阀室是管道运行安全的重要保证,考虑到乙烷的物性参数与相态特征有别于一般的天然气和原油,从工艺、安全、环保等角度出发,对乙烷输送管线截断阀室的研究工作不可忽视。新建乙烷输送管道在设计之时,对阀室数量的考虑主要从三个方面进行约束:一是建设成本等经济投资,阀室数量越多则相应的管道建设投资大大增加;二是保障管道的安全性,阀室本身是管道系统风险较高、易于受到外界破坏的对象,阀室数量与管道系统风险管理有较大关系;三是务必始终保证乙烷在管道输送时工艺参数处于稳定区,防止出现气相输送液化或者液相输送汽化的现象。
目前外对乙烷长输管道阀室间距的设置均参考天然气长输管道,缺乏针对性的设计准则,美国等石油行业发达国家在确定天然气长输管道线路截断阀室间距时采用ASMEB31.8法规,对阀室间距的原始规范要求基于经验性的延续和修正,无明确计算指标,我国采用GB50351对天然气长输管道阀室间距进行规范要求,该标准援引自ASME B31.8,同时,在国内直接采用美国标准存在一定的不适性,例如,地区等级分类对阀室间距有着重要影响,国内规定沿管线中心线两侧各200m范围内,任意划分成长度为2km并能包括最大聚居户数的若干地段;但美国运输部(DOT)所规定的面积是沿管道两侧各宽200m范围、任意划分成长度1.6km。由此可见国外的阀室间距设置标准并不完全适用于我国国情。
综上所述,目前我国乙烷长输管道阀室间距设置方法确实存在一些不足,缺乏针对性的设计指导和系统的规范要求,同时缺乏理论支撑对未来行业安全法规的更新和推广带来困难。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,解决了目前对乙烷长输管道阀室间距设置依据不清晰、设置标准不明确的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,包括以下步骤:
S1:根据乙烷输送管道前期勘探与设计资料,收集影响阀室设计间距值的基础参数;
S2:对影响阀室间距的相关因素数据进行计算;
S3:判断乙烷管道所处的地区等级;
S4:选择相应的计算公式计算乙烷阀室间距值,其中计算公式为:
式中Pf为各地区等级管道受第三方损坏的失效概率,[km.年]-1;
ψ系数在一级、二级、三级、四级地区的取值分别为ψ1=1.492×10-5、ψ2=1.493×10-5、ψ3=1.4933×10-5、ψ4=1.494×10-5;
L为管道计算长度,km;
ρ3为人口密度,人/m2;
l为阀室间距,km。
进一步地,所述S1中收集的基础参数包括:管径、壁厚、埋深、所处地区的人口密度、地区等级和允许的管道排空泄放量。
进一步地,所述S2中对影响阀室间距的相关因素值进行计算包括:
①计算管道第三方损坏基础失效频率;
②确定失效频率与管道壁厚的关系;
③确定失效频率与地区等级的关系;
④确定失效频率与管道埋深的关系;
⑤确定失效频率与管道保护措施的关系;
⑥计算管道失效频率。
作为优选方式,所述计算管道因第三方破坏而导致事故的基础失效概率表达式为:
p1=10(-0.00178D-0.44306)
式中,D为管道直径,mm。
作为优选方式,所述计算管道失效频率的表达式为:
pf=p1×m1×m2×m3×m4
式中Pf为各地区等级管道受第三方损坏的失效概率,[km.年]-1;
P1为与管径有关的管道第三方损坏导致的失效概率,[km.年]-1;
m1为管道壁厚修正系数;
m2为管道位置修正系数;
m3为管道埋深修正系数;
m4为管道保护措施修正系数。
进一步地,所述S3中判断乙烷所处的地区等级包括:确定管道区域影响面积,确定影响区域内常住居民户数或自然人数。
进一步地,所述S4中选择相应的计算公式计算乙烷阀室间距值包括:根据地区等级划分为一、二、三、四级的地区等级关系,选择计算公式。
(三)有益效果
本发明具有以下有益效果:
该乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,通过收集管径、壁厚、埋深、所处地区的人口密度、地区等级和允许的管道排空泄放量等基础数据并计算管道第三方损坏基础失效频率、确定失效频率与管道壁厚的关系、确定失效频率与地区等级的关系、确定失效频率与管道埋深的关系、确定失效频率与管道保护措施的关系、计算管道失效频率,进一步明确了乙烷管道阀室的设置依据;通过管道所处地区的实际人口密度,推荐不同的阀室间距值的计算公式,进一步明确了现场使用条件,从而,构建更加可靠的计算公式,更好的指导乙烷管道阀室的设计工作。
附图说明
图1为本发明流程框图。
图2为管道受第三方损害失效频率与管径拟合曲线图。
图3为阀室前期设计勘察费用与PD2的关系拟合图。
图4为中国地区等级划分图。
图5为长输管道受第三方损坏失效频率及修正系数图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明实施例提供一种技术方案:一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:根据乙烷输送管道前期勘探与设计资料,收集影响阀室设计间距值的基础参数;
S2:对影响阀室间距的相关因素数据进行计算;
S3:判断乙烷管道所处的地区等级;
S4:选择相应的计算公式计算乙烷阀室间距值,其中计算公式为:
式中Pf为各地区等级管道受第三方损坏的失效概率,[km.年]-1;
ψ系数在一级、二级、三级、四级地区的取值分别为ψ1=1.492×10-5、ψ2=1.493×10-5、ψ3=1.4933×10-5、ψ4=1.494×10-5;
L为管道计算长度,km;
ρ3为人口密度,人/m2;
l为阀室间距,km。
所述S1中收集的基础参数包括:管径、壁厚、埋深、管道影响区域、区域内常住居民户数或自然人数。
所述S2中对影响阀室间距的相关因素值进行计算包括:
计算管道第三方损坏基础失效频率,公式为:
p1=10(-0.00178D-0.44306)
式中,D为管道直径,mm。
再确定失效频率与管道壁厚的关系,基于不同壁厚下的失效频率,通过线性拟合得到管道壁厚修正系数。
再确定失效频率与地区等级的关系,在Rural地区等级中可以管道位置修正系数取为1.0。
再确定失效频率与管道埋深的关系,基于埋深下的失效频率,拟合得到管道地区等级修正系数。
再确定失效频率与管道保护措施的关系,在树立警示牌等保护措施下,得到管道保护措施修正系数。
进一步地,计算管道失效频率:根据基础失效频率P1和修正系数相乘,管道的总失效频率计算公式为
pf=p1×m1×m2×m3×m4
式中Pf为各地区等级管道受第三方损坏的失效概率,[km.年]-1;
P1为与管径有关的管道第三方损坏导致的失效概率,[km.年]-1;
m1为管道壁厚修正系数;
m2为管道位置修正系数;
m3为管道埋深修正系数;
m4为管道保护措施修正系数。
进一步地,确定管道发生失效事故时的经济损失及计算系数,包括设备破坏经济损失、营业中断后果损失、人员伤亡损失、管道内气体泄漏损失。
计算设备破坏经济损失:
C1=A×ρ1+A×c1
式中,A为设备破坏区面积,m2;
ρ1为设备破坏平均财产密度,万元/m2;
c1为设备单位面积修理成本;
计算营业中断后果损失:
C2=c×Q×T
式中,c为气相乙烷平均价格,2950元/吨;
Q为管道平均每小时输气量,86.99t/h;
T为生产停工时间,h。
计算人员伤亡损失:
C3=ω3ρ3PD2
式中,ω3为人员伤亡损失折算系数;
ρ3为人口密度,人/m2;
P为输气管道压力,MPa;
D为输气管道管径,mm。
计算管道内气体泄漏损失:
C4=ω4PD2
式中,ω4为气体泄漏损失折算系数;
P为输气管道压力,MPa;
D为输气管道管径,mm。
进一步地,确定与阀室成本有关的系数,包括设计勘察费用系数、征地费用系数、阀室购置费用系数、阀室维护费用系数;
计算设计勘察费用系数
K1=0.9×10-6PD2
式中,P为输气管道压力,MPa;
D为输气管道管径,mm。
计算征地费用系数
K2=(0.2~0.4)×10-7PD2
式中,P为输气管道压力,MPa;
D为输气管道管径,mm。
计算阀室购置费用系数
K3=0.1×10-4PD2
式中,P为输气管道压力,MPa;
D为输气管道管径,mm。
计算阀室维护费用系数
K4=0.4×10-5PD2
式中,P为输气管道压力,MPa;
D为输气管道管径,mm。
进一步地,确定与阀室成本有关的系数,包括设计勘察费用系数、征地费用系数、阀室购置费用系数、阀室维护费用系数;
计算设计勘察费用系数
K1=0.9×10-6PD2
式中,P——输气管道压力,MPa;
D——输气管道管径,mm。
计算征地费用系数
K2=(0.2~0.4)×10-7PD2
式中,P——输气管道压力,MPa;
D——输气管道管径,mm。
计算阀室购置费用系数
K3=0.1×10-4PD2
式中,P——输气管道压力,MPa;
D——输气管道管径,mm。
计算阀室维护费用系数
K4=0.4×10-5PD2
式中,P——输气管道压力,MPa;
D——输气管道管径,mm。
所述S3中判断乙烷所处的地区等级包括:确定管道区域影响面积,确定影响区域内常住居民户数或自然人数。
进一步地,计算人口密度:
式中,ρ为平均家庭成员人数,中国、美国分别取每户3.1人和每户3.0人;
M为人口户数,户;
A为面积,美国取6.4×105m2,中国取8×105m2。
所述S4中选择相应的计算公式计算乙烷阀室间距值包括:根据地区等级划分为一、二、三、四级的地区等级关系,选择计算公式。
(1)一级地区最优阀室间距计算公式:
(2)二级地区最优阀室间距计算公式:
(3)三级地区最优阀室间距计算公式:
(4)四级地区最优阀室间距计算公式:
式中Pf为各地区等级管道受第三方损坏的失效概率,[km.年]-1;
L为管道计算长度,km;
ρ3为人口密度,人/m2;
实施例
本发明的实施例1:根据美国地区等级划分标准,确定位于一二三四级地区管道的截断阀室间距,通过与美国ASME B31.8标准对比,验证本发明的准确性。
表1美国不同地区等级下天然气管道、乙烷管道阀室间距计算结果
根据计算结果可知,计算得到的美国天然气管道阀室间距值与ASME B31.8规范中的设置基本一致,没有明显偏差,说明本发明是准确可行的。在各个地区等级美国标准下乙烷管道的阀室间距值均小于天然气管道阀室间距值,符合管道安全预期。
本发明的实施例2:根据我国地区等级划分标准确定一二三四级地区乙烷长输管道阀室间距值。
表2中国不同地区等级下天然气管道、乙烷管道阀室间距计算结果
根据计算结果可知,中国的天然气管道阀室间距值与ASME B31.8中的规定值相比,存在较为明显的差异,允许更大的阀室间距值。在对应的地区等级标准下,乙烷管道阀室间距值比天然气管道更大,趋于保守。
对比美国标准、中国标准下乙烷管道阀室间距值可以发现,美国ASME B31.8标准与我国国情有出入。本发明具有更好的适用性。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于,包括以下步骤实施:
S1:根据乙烷输送管道前期勘探与设计资料,收集影响阀室设计间距值的基础参数;
S2:对影响阀室间距的相关因素数据进行计算;
S3:判断乙烷管道所处的地区等级;
S4:选择相应的阀室间距计算公式,计算阀室间距值,其中计算公式为:
式中,Pf为各地区等级管道受第三方损坏的失效概率,[km.年]-1;
ψ系数在一级、二级、三级、四级地区的取值分别为ψ1=1.492×10-5、ψ2=1.493×10-5、ψ3=1.4933×10-5、ψ4=1.494×10-5;
L为管道计算长度,km;
ρ3为人口密度,人/m2;
l为阀室间距计算值,km。
2.根据权利要求1所述的一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于:所述S1中收集的基础参数包括:管径、壁厚、埋深、所处地区的人口密度、地区等级和允许的管道排空泄放量。
3.根据权利要求1所述的一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于:所述S2中影响阀室间距的相关因素值包括:计算管道第三方损坏基础失效频率、确定失效频率与管道壁厚的关系、确定失效频率与地区等级的关系、确定失效频率与管道埋深的关系、确定失效频率与管道保护措施的关系、计算管道失效频率。
4.根据权利要求3所述的一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于:所述计算管道因第三方破坏而导致事故的基础失效概率表达式为:
p1=10(-0.00178D-0.44306)
式中,D为管道直径,mm。
5.根据权利要求3所述的一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于:所述计算管道失效频率的表达式为:管道基础失效频率乘以各修正系数:
pf=p1×m1×m2×m3×m4
式中,Pf为各地区等级管道受第三方损坏的失效概率,[km.年]-1;
P1为与管径有关的管道第三方损坏导致的失效概率,[km.年]-1;
m1为管道壁厚修正系数;
m2为管道位置修正系数;
m3为管道埋深修正系数;
m4为管道保护措施修正系数。
6.根据权利要求3所述的一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于:确定管道发生失效事故时的经济损失及计算系数,包括设备破坏经济损失、营业中断后果损失、人员伤亡损失、管道内气体泄漏损失。
7.根据权利要求3所述的一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于:确定与阀室成本有关的系数,包括设计勘察费用系数、征地费用系数、阀室购置费用系数、阀室维护费用系数。
8.根据权利要求7所述的一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于:确定阀室影响区域和常住人口户数,计算人口密度判断地区等级。
9.根据权利要求8所述的一种乙烷长输管道线路截断阀室间距的确定方法,其特征在于:依据相应地区等级,选择对应阀室间距计算公式。
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