[發明專利]一種液烴管道泄漏量測算方法

有效

• 申請號: 201611224382.1
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106650120B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 梁永圖;何國璽;李巖松;李豐;吳夢雨;謝成;席罡
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

技術領域

本發明涉及管道泄漏領域，特別是關于一種液烴管道泄漏量測算方法。

背景技術

能源行業輸送液態流體的管道主要包括原油管道、成品油管道、集輸管道、輕烴管道、LPG管道和LNG管道等，均屬于液態烴類管道。液烴管道因其地位特殊，管中液體極易燃易爆，又常大流量高壓輸送，泄漏后果嚴重，潛在危害大。國內外與管道泄漏相關的研究主要集中在泄漏檢測與定位領域，針對泄漏量計算的相關研究幾乎是空白的。同時，針對管道泄漏過程的相關研究也只停留在較為基礎的階段，因考慮的影響因素較少、對泄漏過程流體流動狀態刻畫較為簡單，研究結果與實際管道的泄漏過程相差較大。

目前研究液烴在泄漏過程中的累計泄漏量方法較少，僅有的相關研究提出可通過穩態計算、數值模擬、統計分析、事后估計、實驗分析等泄漏量計算方法，但都存在誤差較大或無法應用于工程實際的缺點。下面對幾種主要的計算方法做簡單介紹。

(1)解析法

將泄漏過程當作一維穩定管流的小孔出流，利用伯努利方程計算水平和傾斜管道液烴在泄漏點的泄漏速率與泄漏量。解析法求解泄漏量時只能計算出管道處于穩定運行狀態下的泄漏總量，計算方法簡單，但是誤差大，且該方法只有事先確定發生泄漏的時間才能準確計算出泄漏量。

(2)數值模擬法

數值模擬法是基于流體力學的基本理論，建立微分方程模型，利用數值模擬方法計算泄漏量。該方法的不足之處為模型中的環境壓力及泄漏孔出流系數常為定值，無法反映孔口出流與管外滲流擴散的耦合效應，也未考慮液烴溫度變化對泄漏產生的影響，且模型規模變大之后，數值模擬難度大，如長管道、多邊界等很難快速模擬。

(3)統計學法

影響泄漏量的因素多，因此有學者采用信息系統或統計學方法預測泄漏量，如Kim B利用統計模型預測管道發生故障時的漏油量。基于特定輸油管道的基礎參數和故障數據，采用雙參數韋伯分布(Wei Bull Distribution)預測液烴的泄漏量。但是該方法必須有足夠的樣本數據來構造韋伯分布，且只能針對特定管道對泄漏事故中的總泄漏量給出估計，通用性較差。

(4)間接計算法

直接計算難度大，因此有學者提出了間接計算泄漏量的模型，劉國華提出在確定了浸油土壤邊際曲線y＝ax²后，將其繞y軸旋轉360°后，再由定積分旋轉體體積公式求得浸油土壤體積。根據測算的含油土壤體積，通過環形分層多點取樣采樣方法得到單位浸油土壤的密度及含油率，估算液烴總泄漏量。但是此方法是事后估計法，無法給出泄漏過程中的泄漏速率和實時累計泄漏量，同時，模型也沒有考慮泄漏過程中液烴蒸氣在空氣中的擴散損失，因此實際應用價值不足。

(5)實驗分析法

張蓉愛在實驗室建立管道泄漏實驗模型，確立了泄漏量與泄漏孔的大小、流體的密度、黏度、管內壓力以及流體的平均流速等因素的關系，但數學模型是基于伯努利方程的小孔穩態出流模型，實驗測定的是出流系數。Jasper A用實驗對上、下游閥門操作時的泄漏量的影響進行了研究，泄漏量靠重力儀測得，并未給出理論分析和計算模型。付建民搭建液相管道小孔泄漏實驗系統研究管道流量及壓力對管內液體壓力及泄漏速率變化的影響規律，提出了小孔泄漏穩定壓力計算經驗公式，但并未給出泄漏量計算公式，也不能用于預測泄漏過程瞬態壓力變化。然而，實驗研究無法真實還原管道泄漏的實際工況，且存在多種人為誤差，無法用于實際管道泄漏量的測算。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種液烴管道泄漏量測算方法，針對液烴管道泄漏過程中的泄漏量進行實時測算，分析了多種邊界條件下的邊界點計算方法，準確性高。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種液烴管道泄漏量測算方法，特征在于其包括以下步驟：1)首先建立泄漏管道的通用物理模型；2)根據建立的泄漏管道的通用物理模型，建立泄漏管道中各管段的連續數學模型，得到描述管內油流的控制方程；3)采用各管段統一時步法對泄漏管道和時間域進行網格劃分，得到離散的計算區域；4)采用特征線法，將步驟2)中建立的泄漏管道的連續數學模型進行離散化，得到描述管內油流控制方程的特征方程；5)根據步驟3)中的網格劃分結果，將步驟4)中得到的管內油流控制方程的特征方程轉換為離散格式；6)根據步驟1)建立的通用物理模型中各管段的相鄰處不同的邊界類型，確定不同邊界條件，并建立其離散格式；7)根據步驟5)中得到的管內油流控制方程的離散格式以及步驟6)中確定的各邊界條件對管道全線進行水熱力耦合模擬計算，得到泄漏過程中所需相應計算時間內泄漏管道的泄漏量。