[发明专利]一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法

说明书

本发明公开了一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法。现有计算方法移植性差且求解困难。本方法可根据天然气管道悬索跨越结构的基础参数，通过代数运算快速获得其清管过程中的位移，解决了上述问题。其步骤是：收集天然气管道悬索跨越结构及其清管预案的基础数据；根据基础数据计算等效跨长系数、弗劳德数以及跨越管道特殊位置处的等效位移长度；根据插值公式计算任意位置处的等效位移长度；将等效位移长度代入位移曲线计算公式中，得到清管过程中管道不同位置处的位移随时间变化的关系式。本发明计算方法简便，计算结果能表达不同时间不同位置处跨越管道的位移量，为天然气管道悬索跨越结构清管安全评价提供了管治依据。

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，尤其涉及一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法。

背景技术

管道跨越结构是一种将输送管道从天然或人工障碍物上部架空通过的建设工程，一般由管道、塔架、缆索以及可能存在的加劲梁构成。近年来天然气管道建设工程快速发展，我国已相继建成投产了大量的跨度超过200m的悬索跨越结构，例如川气东送野三河悬索跨越、中缅管道怒江、澜沧江悬索跨越等，

新建成的天然气管道在投产前和日常运行过程中都需要进行清管，以清除管道中的积水、污物、杂质等，保障管道的输送能力。在此过程中，清管器推动管内积水不断聚集形成液弹。随着清管器运行速度及地形起伏的变化，清管器前方液弹区的流型、持液率会不断的发生变化，对管道和弯头形成冲击，使得清管过程中管道的载荷与正常运行时存在很大的区别。对于埋地管道而言，土壤的嵌固作用可以很好的限制管道的位移。然而悬索管道跨越结构的主要承力部件是缆索，具有相当大的柔性，在动态变化的清管载荷作用下，极易诱发强烈的位移和振动。例如四川南广河管道跨越结构在清管时，管道的最大位移就达到了2m。如此强烈的振动和位移轻则引起跨越结构的变形，重则引起结构失稳、破坏，甚至整个跨越结构的坍塌，造成天然气的泄漏，甚至引发爆炸事故。不仅造成严重的经济损失，还会危害人民的生命财产安全。

由于清管载荷条件下的强振动和大位移现象是由悬索跨越的结构形式所引入的管道安全问题，在采用其它敷设方式的管道中很少出现。虽然段银龙等国内学者对相关问题进行了研究，但研究成果多基于有限元方法，其模型不具有可移植性，不能在不同的悬索跨越结构之间推广，且求解困难耗时较长也不便于现场使用。因此目前，尚未有成熟的技术或计算方法被天然气管道跨越结构的相关标准，如GB 50459-2009《油气输送管道跨越工程设计规范》所采纳，也难以对悬索跨越结构的清管安全性进行评估。

综上所述，天然气管道悬索跨越结构在清管过程中的大位移是其面临的重大安全威胁，然而目前，尚没有合理的计算方法和技术对该位移进行评估，也就难以实现对悬索跨越结构清管安全性的评价，在管道的生产运行中存在缺陷。

发明内容

本发明提供了一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法，以解决现有技术中的各种缺陷和不足，本发明采取的技术方案如下：

提供一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，根据天然气管道设计资料、清管运行方案以及现场踏勘，收集收集天然气管道悬索跨越结构的跨长、跨越管道的外直径、清管器到达跨越结构起始点的速度、清管器到达跨越结构起始点时其前端的液柱长度、清管器到达跨越结构起始点时其前端液柱的平均持液率。

步骤二，根据基础数据计算等效跨长系数、弗劳德数以及跨越管道在1/4跨、1/2跨和3/4跨处的等效位移长度，具体实现步骤为：

(1)等效跨长系数：

式中——等效跨长系数，无量纲；

L_s——清管器前液弹长度，m；

L_p——为跨越结构长度，m；