[发明专利]一种液烃管道泄漏量测算方法

说明书

技术领域

本发明涉及管道泄漏领域，特别是关于一种液烃管道泄漏量测算方法。

背景技术

能源行业输送液态流体的管道主要包括原油管道、成品油管道、集输管道、轻烃管道、LPG管道和LNG管道等，均属于液态烃类管道。液烃管道因其地位特殊，管中液体极易燃易爆，又常大流量高压输送，泄漏后果严重，潜在危害大。国内外与管道泄漏相关的研究主要集中在泄漏检测与定位领域，针对泄漏量计算的相关研究几乎是空白的。同时，针对管道泄漏过程的相关研究也只停留在较为基础的阶段，因考虑的影响因素较少、对泄漏过程流体流动状态刻画较为简单，研究结果与实际管道的泄漏过程相差较大。

目前研究液烃在泄漏过程中的累计泄漏量方法较少，仅有的相关研究提出可通过稳态计算、数值模拟、统计分析、事后估计、实验分析等泄漏量计算方法，但都存在误差较大或无法应用于工程实际的缺点。下面对几种主要的计算方法做简单介绍。

(1)解析法

将泄漏过程当作一维稳定管流的小孔出流，利用伯努利方程计算水平和倾斜管道液烃在泄漏点的泄漏速率与泄漏量。解析法求解泄漏量时只能计算出管道处于稳定运行状态下的泄漏总量，计算方法简单，但是误差大，且该方法只有事先确定发生泄漏的时间才能准确计算出泄漏量。

(2)数值模拟法

数值模拟法是基于流体力学的基本理论，建立微分方程模型，利用数值模拟方法计算泄漏量。该方法的不足之处为模型中的环境压力及泄漏孔出流系数常为定值，无法反映孔口出流与管外渗流扩散的耦合效应，也未考虑液烃温度变化对泄漏产生的影响，且模型规模变大之后，数值模拟难度大，如长管道、多边界等很难快速模拟。

(3)统计学法

影响泄漏量的因素多，因此有学者采用信息系统或统计学方法预测泄漏量，如Kim B利用统计模型预测管道发生故障时的漏油量。基于特定输油管道的基础参数和故障数据，采用双参数韦伯分布(Wei Bull Distribution)预测液烃的泄漏量。但是该方法必须有足够的样本数据来构造韦伯分布，且只能针对特定管道对泄漏事故中的总泄漏量给出估计，通用性较差。

(4)间接计算法

直接计算难度大，因此有学者提出了间接计算泄漏量的模型，刘国华提出在确定了浸油土壤边际曲线y＝ax²后，将其绕y轴旋转360°后，再由定积分旋转体体积公式求得浸油土壤体积。根据测算的含油土壤体积，通过环形分层多点取样采样方法得到单位浸油土壤的密度及含油率，估算液烃总泄漏量。但是此方法是事后估计法，无法给出泄漏过程中的泄漏速率和实时累计泄漏量，同时，模型也没有考虑泄漏过程中液烃蒸气在空气中的扩散损失，因此实际应用价值不足。

(5)实验分析法

张蓉爱在实验室建立管道泄漏实验模型，确立了泄漏量与泄漏孔的大小、流体的密度、黏度、管内压力以及流体的平均流速等因素的关系，但数学模型是基于伯努利方程的小孔稳态出流模型，实验测定的是出流系数。Jasper A用实验对上、下游阀门操作时的泄漏量的影响进行了研究，泄漏量靠重力仪测得，并未给出理论分析和计算模型。付建民搭建液相管道小孔泄漏实验系统研究管道流量及压力对管内液体压力及泄漏速率变化的影响规律，提出了小孔泄漏稳定压力计算经验公式，但并未给出泄漏量计算公式，也不能用于预测泄漏过程瞬态压力变化。然而，实验研究无法真实还原管道泄漏的实际工况，且存在多种人为误差，无法用于实际管道泄漏量的测算。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种液烃管道泄漏量测算方法，针对液烃管道泄漏过程中的泄漏量进行实时测算，分析了多种边界条件下的边界点计算方法，准确性高。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种液烃管道泄漏量测算方法，特征在于其包括以下步骤：1)首先建立泄漏管道的通用物理模型；2)根据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连续数学模型，得到描述管内油流的控制方程；3)采用各管段统一时步法对泄漏管道和时间域进行网格划分，得到离散的计算区域；4)采用特征线法，将步骤2)中建立的泄漏管道的连续数学模型进行离散化，得到描述管内油流控制方程的特征方程；5)根据步骤3)中的网格划分结果，将步骤4)中得到的管内油流控制方程的特征方程转换为离散格式；6)根据步骤1)建立的通用物理模型中各管段的相邻处不同的边界类型，确定不同边界条件，并建立其离散格式；7)根据步骤5)中得到的管内油流控制方程的离散格式以及步骤6)中确定的各边界条件对管道全线进行水热力耦合模拟计算，得到泄漏过程中所需相应计算时间内泄漏管道的泄漏量。