CN112115623B - 一种泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法。阀室的压降速率受多种参数影响，仅凭经验或估算很难准确设定阀室的压降速率，导致截断阀在事故工况下不能正常关断。本方法根据输气管道的运行参数和泄漏参数，通过代数运算快速获得泄漏工况下阀室的最大压降速率和最小压降速率，根据计算结果设置阀室压降速率，解决了上述问题。其步骤是：收集输气管道的运行数据和阀室数据；将相关参数带入最大压降速率公式中，计算阀室的最大压降速率；将相关参数带入最小压降速率公式中，计算阀室的最小压降速率；最后根据计算结果得到该阀室压降速率设定值的阈值ΔP_min≤ΔP≤ΔP_max。本发明为确定阀室压降速率设定值提供了一种科学的计算方法。

Description

一种泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法

技术领域

本发明属于天然气输送管道的设计与安全保障领域，尤其涉及一种泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法。

背景技术

在天然气管道行业，第三方破坏和管道腐蚀缺陷是影响天然气输送管道安全的主要因素。输气管道发生破口、泄漏或失火将对管道输气、供气的稳定性造成严重影响，并造成经济损失。为了保证天然气长输管道安全、可靠的运行，通常设置线路截断阀室，通过设定压降速率，保证管道在发生泄漏时能迅速截断，防止事故扩大。

输气管道的线路截断阀大多采用气液联动执行机构驱动，通过人工设定压降速率来进行爆管保护。长期以来，由于阀室压降速率设定值的计算较为复杂和困难，加之管道沿线工况变化存在较大差异，国内各生产运行单位普遍采用或借鉴国外的经验值来确定，或按照管道在稳定流动情况下进行粗略的估算，国内的大多工程项目通常采用0.15MPa/min作为阀室压降速率设定值。然而，使用经验值或估算值设定阀室的压降速率往往具有很大的不确定性，容易导致干线截断阀的误动作或事故状态下不能及时动作。例如，西部某天然气管道中间阀室发生了天然气泄漏爆炸事故，初始泄漏孔径约20mm，线路截断阀没有自动关断。事故调查报告显示，在操作人员手动关断上下游阀室截断阀前，初始泄漏阶段上下游阀室的压力速率约为0.03MPa/min，远小于干线截断阀速率设定值0.15MPa/min。实际上，阀室的压降速率受到很多因素的影响，比如管道运行压力、管道输量、泄漏孔径和泄漏位置等，在这些因素的共同作用下，压降速率变化的十分复杂，阀室的压降速率值究竟该设多少，目前也没有统一的标准。

综上所述，阀室的压降速率需要科学且有针对性的根据管道实际的运行情况来设定。为解决上述问题，基于仿真方法计算了不同运行压力和输量下管道上的不同位置存在大小不同的泄漏孔径时阀室的最大和最小压降速率，使用多元非线性拟合的方法分别拟合出了可以用于计算阀室最大和最小压降速率的公式，根据公式计算的结果可以科学且有针对性的设定阀室的压降速率。

发明内容

本发明提供了一种泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法，以解决现有方法中的各种缺陷和不足，本发明采取的技术方案如下：

提供一种泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，收集需要进行压降速率计算的天然气管道的管径、运行压力、输量及沿线阀室的里程等数据；

步骤二，计算阀室最大压降速率，最大压降速率公式如下：

式中△P_max——阀室最大压降速率，MPa/min；

p₁——管道起点压力，MPa；

p₂——管道终点压力，MPa；

d——泄漏孔径，mm；

L₁——泄漏点距阀室距离，km；

L₂——泄漏点距管道起点距离，km；

步骤三，计算阀室最小压降速率，最小压降速率公式如下：

式中△P_min——阀室最小压降速率，MPa/min；

p₁——管道起点压力，MPa；

p₂——管道终点压力，MPa；

Q——输量，万方/天；

d——泄漏孔径，mm；

L₁——泄漏点距阀室距离，km；

L₂——泄漏点距管道起点距离，km；

y₄——L₁和d的函数，见式(3)；

步骤四，将步骤二得到的最大压降速率作为区间上限，步骤三得到的最小压降速率作为区间下限，构成该阀室压降速率设定值的阈值ΔP_min≤ΔP≤ΔP_max。

本发明提供的泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法，是一种根据管道的起点压力、终点压力、输量、泄漏孔径、泄漏点距阀室距离、泄漏点距管道起点距离来计算阀室最大和最小压降速率的新方法。该方法决了长期以来使用经验值或估算的方法而导致阀室压降速率设定值不准确的问题。提出的公式相比于目前公开文献中给出的压降速率计算公式，考虑了更多参数对阀室压降速率的影响，尤其考虑了泄漏点位置的影响，计算出的压降速率结果也更加接近实际值。本发明的计算流程清晰，计算结果能正确预测管道发生泄漏后截断阀室压降速率，为天然气管道截断阀室压降速率设定值提供了一种科学、系统的计算方法。

附图说明

图1泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法流程图。

图2输气干线阀室布置及泄漏位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，采集输气管道的实际运行参数和阀室位置等信息；

步骤二，采用最大压降速率公式计算阀室的最大压降速率；

步骤三，采用最小压降速率公式计算阀室的最小压降速率；

步骤四，将步骤二得到的最大压降速率作为区间上限，步骤三得到的最小压降速率作为区间下限，构成该阀室压降速率设定值的阈值ΔP_min≤ΔP≤ΔP_max。

在步骤一中，需要收集的参数包括天然气管道起点压力、终点压力、流量、管径和阀室里程；在步骤二中，将需要计算的管道起点压力、终点压力、泄漏孔径、泄漏点距阀室距离、泄漏点距管道起点距离值带入到最大压降速率公式中，进行计算。最大压降速率公式如下：

式中△P_max——阀室最大压降速率，MPa/min；

p₁——管道起点压力，MPa；

p₂——管道终点压力，MPa；

d——泄漏孔径，mm；

L₁——泄漏点距阀室距离，km；

L₂——泄漏点距管道起点距离，km；

在步骤三中，将需要计算的管道起点压力、终点压力、输量、泄漏孔径、泄漏点距阀室距离、泄漏点距管道起点距离值带入到最小压降速率公式中，进行计算。最小压降速率公式如下：

式中△P_min——阀室最小压降速率，MPa/min；

p₁——管道起点压力，MPa；

p₂——管道终点压力，MPa；

Q——输量，万方/天；

d——泄漏孔径，mm；

L₁——泄漏点距阀室距离，km；

L₂——泄漏点距管道起点距离，km；

y₄——L₁和d的函数，见式(3)；

在步骤四中，根据步骤二和步骤三计算的结果写出阀室压降速率设定值的阈值ΔP_min≤ΔP≤ΔP_max。

下面结合具体实例对本发明的应用原理作进一步描述。

例：如图2所示，某地区的一条采注气管道牌号为L485，管径规格为813×14.2mm，管线长度84.2km，管道运行的起点压力7.83MPa、终点压力7.63MPa、输量1712×10⁴m³/d。计算当泄漏孔径为25mm、泄漏点距离1#阀室3.9km时，1#阀室的最大压降速率和最小压降速率，并写出压降速率设定值的阈值。

第一步：管道的运行数据已知，需采集管道沿线阀室位置里程数据，结果如表1所示：

表1 各阀室距管道起点的距离(km)

第二步：使用最大压降速率公式，计算指定起点压力、终点压力、泄漏孔径、泄漏点距离阀室距离、泄漏点距起点距离下，1#阀室的最大压降速率：

第三步：使用最小压降速率公式，计算指定起点压力、终点压力、输量、泄漏孔径、泄漏点距离阀室距离、泄漏点距起点距离下，1#阀室的最小压降速率；

除此种工况外，另外计算了其他9种工况，共计10种工况，如表2所示。将公式计算结果与仿真结果进行了对比，如表3所示。

表2 10种不同泄漏工况

表3 公式计算结果与仿真结果对比

由表3可以看到，无论是最大压降速率还是最小压降速率，公式计算的结果和仿真结果都十分相近，相对误差较小且均在10％以内。

第四步：根据计算结果给出上述10种工况下阀室压降速率设定值的阈值，如表4所示。

表4 不同工况下阀室压降速率设定值的阈值

本发明提供了一种泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法。可计算不同起点压力、终点压力、输量、泄漏孔径、泄漏点距离阀室距离、泄漏点距起点距离下阀室的最大压降速率和最小压降速率，进而获得阀室压降速率设定值的阈值。对公式计算的结果进行了误差分析，计算得到的平均相对误差为5.2％且相对误差最大不超过10％，说明提出的公式计算结果准确性较高，可以作为气液联动阀压降速率设置的理论指导依据。本发明解决了长期以来使用经验值来确定阀室压降速率设定值的问题，计算出的阈值可以指导阀室压降速率的设定，为确定阀室压降速率设定值提供了一种科学、系统的计算方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种泄漏工况下输气管道阀室压降速率计算方法，包括以下步骤：

步骤一，收集需要进行压降速率计算的天然气管道的管径、管道起点压力、管道终点压力、输量、阀室的里程、管道的泄漏孔径和泄漏点位置数据；

步骤二，将步骤一的管道起点压力、管道终点压力、泄漏孔径、泄漏点距阀室距离和泄漏点距管道起点距离带入最大压降速率计算公式(1)中，计算最大压降速率；

式中ΔP_max——阀室最大压降速率，MPa/min；

p₁——管道起点压力，MPa；

p₂——管道终点压力，MPa；

d——泄漏孔径，mm；

L₁——泄漏点距阀室距离，km；

L₂——泄漏点距管道起点距离，km；

步骤三，将步骤一的管道起点压力、管道终点压力、输量、泄漏孔径、泄漏点距阀室距离和泄漏点距管道起点距离带入最小压降速率计算公式(2)中，计算最小压降速率；

式中ΔP_min——阀室最小压降速率，MPa/min；

p₁——管道起点压力，MPa；

p₂——管道终点压力，MPa；

Q——输量，万方/天；

d——泄漏孔径，mm；

L₁——泄漏点距阀室距离，km；

L₂——泄漏点距管道起点距离，km；

y₄——L₁和d的函数，见式(3)；

步骤四，将步骤二得到的最大压降速率作为区间上限，步骤三得到的最小压降速率作为区间下限，构成该阀室压降速率设定值的阈值ΔP_min≤ΔP≤ΔP_max。

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