[發明專利]一種天然氣枝狀管網泄漏管段識別方法

有效

• 申請號: 202010736573.6
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111706785B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 廖柯熹;楊娜;何國璽;覃敏;陳迪
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F17D1/00
• 分類號: F17D1/00;F17D5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種天然氣枝狀管網泄漏管段識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：確定所研究的管網的管長、管徑、管網沿線高程、泄漏孔徑這些基礎參數，所述管網是天然氣枝狀集輸管網；

步驟2：根據管網的基礎參數以及管網的初始條件和邊界條件，利用管網一維流動的控制方程組建立正常管網和單點泄漏管網的水力熱力數值模擬雙流體模型，同時進行水力計算；

步驟3：利用多相流計算實時獲取的管網沿線壓力、溫度、氣體流速這些參數，得到管網沿線壓力、溫度、氣體流速這些參數泄漏前后的變化規律；

步驟4：根據泄漏規律，以壓力和氣體流速兩個參數的變化規律作為初步判斷管網中管段是否發生泄漏的依據，并做出泄漏后管段壓力相比未泄漏管段的壓力變化幅值隨時間的變化圖，以此根據壓力幅值變化的大小準確識別出泄漏管段；

管網積液模型的求解，首先將管網中的管道分為m條，將每條管道又分為n段，已知管網節點流量、壓力和溫度這些參數，然后選擇管網中第i條管道的第j段管段進行多相流計算，得到各管段壓降、溫降、平均壓力和平均溫度這些參數，以此計算出管網中每一條管道和每一條管道中管段的飽和水量、冷凝水量以及確定管道中的相態，最后得出管網積液模型中液膜的厚度、持液率、壓力、溫度和飽和水量這些參數；

濕式天然氣管網壓力模型的求解，隨著時間步長的增加，管網中冷凝水增加，并沿管道分布在不同位置，同時，水力參數和熱力參數受相變和積液的相互影響，由于液體的不斷凝結和積聚，使得管網內的水力和熱力參數不能完全向穩態發展，一段時間后，通過設置相應的邊界條件，計算得出不同泄漏管網中水力和熱力參數的變化，首先已知管網的基礎數據，將管網初始節點的壓力和流量參數代入水力熱力數值模擬雙流體模型進行計算，然后解非線性方程組，計算導納矩陣，求節點壓力，如果求出的節點壓力相比真實節點壓力誤差小于ε，則根據析水量更新氣相質量含氣率，直到算出管網中各管段的相關水力參數和熱力參數，如果求出的節點壓力相比真實節點壓力誤差大于ε，更新節點壓力重新求解；

利用管網中泄漏前后壓力和氣體流速的變化規律來初步識別泄漏管段，做出管段泄漏后1s、10s、30s、1min、5min、8min和10min管網的壓力變化曲線圖，利用壓力變化的幅值百分比曲線準確直觀地識別泄漏管段。

2.根據權利要求1所述的天然氣枝狀管網泄漏管段識別方法，其特征在于，管道內的流動并不一直是單相流動，而是在流動過程中從單相流動轉變為氣液兩相流動，天然氣在運輸過程中往往會產生大量飽和水蒸氣和少量輕烴，在管網中，溫度和壓力會沿著管道從支管起點下降到管匯處，管網中的蒸發碳氫化合物會逐漸凝結，隨著輸送距離的增加，管網沿線溫度與壓力逐漸下降，氣體中的水蒸氣將在管壁處凝結為液滴而析出，使得管道中持液率發生改變，因此管線中的流動從簡單的氣相單相流動變為復雜多變的氣液兩相流。

3.根據權利要求1所述的天然氣枝狀管網泄漏管段識別方法，其特征在于，一維流動的控制方程包括利用質量守恒公式，即公式(1)和公式(2)，動量守恒公式，即公式(3)和公式(4)，以及能量守恒公式，即公式(5)和公式(6)，構建水力熱力數值模擬雙流體模型：

式中，l表示液相，g表示氣相；t表示時間，x表示距離，ρ表示密度，v表示速度，α_g表示蒸氣空隙率，α₁表示液體空隙率，并且α_g+α_l等于一，表示每單位體積的液體傳質速率，表示每單位體積的氣體傳質速率，并且

式中，i表示液相和氣相之間的相間；P表示總壓力，S表示與液相或氣相接觸的壁周長，τ_i表示界面處相之間的剪切應力，τ_wg表示作用在管壁上的氣相的剪切應力，τ_wl表示作用在管壁上的液相的剪切應力，θ表示管道傾角；

式中，u表示內在能量，u＝h-P/ρ，h表示焓，q_wg表示從管壁傳遞到氣相的熱量，q_wl表示從管壁傳遞到液相的熱量，q_i表示在界面處交換的熱傳遞。

4.根據權利要求1所述的天然氣枝狀管網泄漏管段識別方法，其特征在于，確定管網初始條件和邊界條件，初始條件為進管時凝結水全部清管干凈，入口流體僅含飽和天然氣，不含水，并且溫度、壓力、流量和組分均是已知的參數，入口邊界條件為已知各支管入口的質量流量和溫度，出口邊界條件為已知最小進口壓力，相鄰節點邊界條件為壓力相等，溫度為加權平均溫度，質量流量為總和，質量含氣率重新計算，管道沿程邊界條件分別為已知的傳熱系數、地面溫度、管道長度及直徑、管道高程。