[發明專利]一種輸氣站動態泄漏參數計算方法

有效

• 申請號: 201810275913.2
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108710717B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 王大慶;梁平;付顯朝;田邵偉;陳藝為
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 重慶蘊博君晟知識產權代理事務所(普通合伙) 50223
• 代理人: 鄭勇

1.一種輸氣站動態泄漏參數計算方法，其特征在于，建立輸氣站動態泄漏參數計算模型及其求解流程，所述計算模型包括兩種：泄漏狀態轉變時刻發生于放空泄壓系統啟動之后的計算模型，以及，泄漏狀態轉變時刻發生于放空泄壓系統啟動之前的計算模型；其中，所述泄漏狀態轉變時刻的含義為：聲速泄漏向亞聲速泄漏轉變的時刻；

輸氣站的高壓天然氣經失效孔口處泄漏，泄漏出的天然氣由于壓力降低而膨脹，在這個過程中，天然氣的大部分壓力能被轉換為動能，假設此過程為等熵過程，可能存在兩種泄漏狀態：

當輸氣站內系統壓力P₀小于臨界壓力P_c時，其中，P_c＝P_a*[(k+1)/2]^k/(k-1)，失效孔口天然氣泄漏速度為亞聲速，失效孔口處天然氣泄漏率采用式(1)來計算：

式中：Q₀為天然氣泄漏率；C_d為排放系數；A_h為失效孔口的橫截面積；P₀為系統內天然氣壓力；M為天然氣摩爾質量；Z₀為天然氣壓縮系數；R為氣體常數；T₀為系統內天然氣溫度；k為絕熱指數；P_a為大氣環境壓力；

當輸氣站內系統壓力P₀大于臨界壓力P_c時，其中，P_c＝P_a*[(k+1)/2]^k/(k-1)，失效孔口天然氣泄漏速度將達到聲速，采用式(2)計算聲速天然氣泄漏率，即：

定義：t_c表示泄漏狀態轉變時刻；t_e表示站內緊急截斷系統啟用時刻；t_d表示站內放空泄壓系統啟用時刻；t_g表示泄漏結束時刻，此時系統內的壓力等于外界大氣壓；

當泄漏狀態轉變時刻發生于放空泄壓系統啟動之后時，各時刻將整個泄漏過程劃分成四個泄漏階段：

(1)0≤t＜t_e泄漏階段

從泄漏開始至站內緊急截斷系統啟用這個時間段為穩態聲速泄漏階段，直接采用式(2)計算失效孔口天然氣泄漏率；

(2)t_e≤t＜t_d泄漏階段

從站內緊急截斷系統啟用至放空泄壓系統啟用這個時間段為非穩態聲速泄漏階段，相關泄漏參數是隨泄漏時間而變化的，其計算式如下：

式中：下標ed表示t_e至t_d這個泄漏時間段；P_ed(t)、T_ed(t)及ρ_ed(t)分別為t時刻被隔離系統內的壓力、溫度及密度；Q_ed(t)為t時刻失效孔口天然氣泄漏率；m^-_ed(t_e～t)為t_e～t時間段內泄漏的天然氣量；m_ed(t)為t時刻被隔離系統內剩余天然氣的質量；m₀為穩態泄漏結束時刻被隔離系統內天然氣的質量；V為被隔離系統的容積；

(3)t_d≤t＜t_c泄漏階段

從站內放空泄壓系統啟用至泄漏狀態轉變時刻這個時間段為非穩態聲速泄漏階段，泄漏相關參數的計算式如下：

其中：

式中：下標dc表示t_d至t_c這個泄漏時間段；P_d、T_d、ρ_d為放空泄壓系統啟用時刻被隔離系統內的壓力、溫度及密度；m_d為放空泄壓系統啟用時刻系統內剩余天然氣質量，根據式(7)～(8)并令t＝t_d進行計算；Q_d為從失效孔口處和放空閥口處同時排放天然氣時的泄漏率總和，采用式(19)計算：

式中：A_f為放空閥口面積，

根據式(10)并令P_dc(t)＝P_c，得到非穩態聲速泄漏結束時間t_c，將其分別代入式(11)～(13)和式(15)中，得到非穩態聲速泄漏結束時刻孔口天然氣泄漏率Q_c、系統內溫度T_c、密度ρ_c以及剩余天然氣的質量m_c；

(4)t_c≤t＜t_g泄漏階段

從泄漏狀態轉變時刻至泄漏結束這個時間段為非穩態亞聲速泄漏階段，描述被隔離系統內壓力、溫度及密度隨時間變化的關系式如下：

其中：

式中：下標cg表示t_c至t_g這個泄漏時間段；m_c為非穩態聲速泄漏結束時刻系統內剩余天然氣的質量，

將式(20)～(21)的計算結果代入式(23)，得到非穩態亞聲速泄漏階段任意時刻失效孔口天然氣泄漏率Q_cg(t)，即：

當泄漏狀態轉變時刻發生于放空泄壓系統啟動之前時，各時刻將整個泄漏過程劃分成四個階段：

(1)0≤t＜t_e泄漏階段

從泄漏開始至站內緊急截斷系統啟用這個時間段為穩態聲速泄漏階段，采用式(2)計算失效孔口天然氣泄漏率；

(2)t_e≤t＜t_c泄漏階段

從站內緊急截斷系統啟用至泄漏狀態轉變這個時間段為非穩態聲速泄漏階段，引入式(3)～(9)，并將計算式中各參數下標“ed”改寫為“ec”，形成新的式(3)～(9)，用于計算此時間段內的相關泄漏參數，然后，令P_ec(t)＝P_c，并結合新的式(3)，得到泄漏狀態發生轉變的時刻t_c；然后將t_c代入新的式(4)～(8)中，得到t_c時刻的P_c、T_c、ρ_c、Q_c及m_c，將這些參數值作為下一泄漏階段的初始值；

(3)t_c≤t＜t_d泄漏階段

此泄漏時間段失效孔口處于非穩態亞聲速泄漏狀態，引入式(20)～(23)，并將計算式中各參數下標“cg”改寫為“cd”，形成新的式(20)～(23)，用于計算此時間段內被隔離系統內天然氣的壓力、溫度、密度以及孔口處天然氣泄漏率，若在該泄漏階段出現P_cd(t)＝P_a，說明在放空泄壓系統尚未開啟之前泄漏就已結束；若此階段有P_cd(t)P_a，則仍需進行下一泄漏階段的計算；

(4)t_d≤t＜t_g泄漏階段

引入原式(20)～(23)，并將計算式中各參數下標“cg”改寫為“dg”，形成新的式(20)～(23)，用于計算此泄漏階段系統內天然氣壓力、溫度、密度和孔口處天然氣泄漏率，參數η計算式：η＝Q_d/m_d，其中的Q_d采用式(24)計算：

當P_dg(t)＝P_a時，則認為整個泄漏過程結束。