[发明专利]一种输气站动态泄漏参数计算方法

权利要求书

1.一种输气站动态泄漏参数计算方法，其特征在于，建立输气站动态泄漏参数计算模型及其求解流程，所述计算模型包括两种：泄漏状态转变时刻发生于放空泄压系统启动之后的计算模型，以及，泄漏状态转变时刻发生于放空泄压系统启动之前的计算模型；其中，所述泄漏状态转变时刻的含义为：声速泄漏向亚声速泄漏转变的时刻；

输气站的高压天然气经失效孔口处泄漏，泄漏出的天然气由于压力降低而膨胀，在这个过程中，天然气的大部分压力能被转换为动能，假设此过程为等熵过程，可能存在两种泄漏状态：

当输气站内系统压力P₀小于临界压力P_c时，其中，P_c＝P_a*[(k+1)/2]^k/(k-1)，失效孔口天然气泄漏速度为亚声速，失效孔口处天然气泄漏率采用式(1)来计算：

式中：Q₀为天然气泄漏率；C_d为排放系数；A_h为失效孔口的横截面积；P₀为系统内天然气压力；M为天然气摩尔质量；Z₀为天然气压缩系数；R为气体常数；T₀为系统内天然气温度；k为绝热指数；P_a为大气环境压力；

当输气站内系统压力P₀大于临界压力P_c时，其中，P_c＝P_a*[(k+1)/2]^k/(k-1)，失效孔口天然气泄漏速度将达到声速，采用式(2)计算声速天然气泄漏率，即：

定义：t_c表示泄漏状态转变时刻；t_e表示站内紧急截断系统启用时刻；t_d表示站内放空泄压系统启用时刻；t_g表示泄漏结束时刻，此时系统内的压力等于外界大气压；

当泄漏状态转变时刻发生于放空泄压系统启动之后时，各时刻将整个泄漏过程划分成四个泄漏阶段：

(1)0≤t＜t_e泄漏阶段

从泄漏开始至站内紧急截断系统启用这个时间段为稳态声速泄漏阶段，直接采用式(2)计算失效孔口天然气泄漏率；

(2)t_e≤t＜t_d泄漏阶段

从站内紧急截断系统启用至放空泄压系统启用这个时间段为非稳态声速泄漏阶段，相关泄漏参数是随泄漏时间而变化的，其计算式如下：

式中：下标ed表示t_e至t_d这个泄漏时间段；P_ed(t)、T_ed(t)及ρ_ed(t)分别为t时刻被隔离系统内的压力、温度及密度；Q_ed(t)为t时刻失效孔口天然气泄漏率；m^-_ed(t_e～t)为t_e～t时间段内泄漏的天然气量；m_ed(t)为t时刻被隔离系统内剩余天然气的质量；m₀为稳态泄漏结束时刻被隔离系统内天然气的质量；V为被隔离系统的容积；

(3)t_d≤t＜t_c泄漏阶段

从站内放空泄压系统启用至泄漏状态转变时刻这个时间段为非稳态声速泄漏阶段，泄漏相关参数的计算式如下：

其中：

式中：下标dc表示t_d至t_c这个泄漏时间段；P_d、T_d、ρ_d为放空泄压系统启用时刻被隔离系统内的压力、温度及密度；m_d为放空泄压系统启用时刻系统内剩余天然气质量，根据式(7)～(8)并令t＝t_d进行计算；Q_d为从失效孔口处和放空阀口处同时排放天然气时的泄漏率总和，采用式(19)计算：

式中：A_f为放空阀口面积，

根据式(10)并令P_dc(t)＝P_c，得到非稳态声速泄漏结束时间t_c，将其分别代入式(11)～(13)和式(15)中，得到非稳态声速泄漏结束时刻孔口天然气泄漏率Q_c、系统内温度T_c、密度ρ_c以及剩余天然气的质量m_c；

(4)t_c≤t＜t_g泄漏阶段

从泄漏状态转变时刻至泄漏结束这个时间段为非稳态亚声速泄漏阶段，描述被隔离系统内压力、温度及密度随时间变化的关系式如下：

其中：

式中：下标cg表示t_c至t_g这个泄漏时间段；m_c为非稳态声速泄漏结束时刻系统内剩余天然气的质量，

将式(20)～(21)的计算结果代入式(23)，得到非稳态亚声速泄漏阶段任意时刻失效孔口天然气泄漏率Q_cg(t)，即：

当泄漏状态转变时刻发生于放空泄压系统启动之前时，各时刻将整个泄漏过程划分成四个阶段：

(1)0≤t＜t_e泄漏阶段

从泄漏开始至站内紧急截断系统启用这个时间段为稳态声速泄漏阶段，采用式(2)计算失效孔口天然气泄漏率；

(2)t_e≤t＜t_c泄漏阶段

从站内紧急截断系统启用至泄漏状态转变这个时间段为非稳态声速泄漏阶段，引入式(3)～(9)，并将计算式中各参数下标“ed”改写为“ec”，形成新的式(3)～(9)，用于计算此时间段内的相关泄漏参数，然后，令P_ec(t)＝P_c，并结合新的式(3)，得到泄漏状态发生转变的时刻t_c；然后将t_c代入新的式(4)～(8)中，得到t_c时刻的P_c、T_c、ρ_c、Q_c及m_c，将这些参数值作为下一泄漏阶段的初始值；

(3)t_c≤t＜t_d泄漏阶段

此泄漏时间段失效孔口处于非稳态亚声速泄漏状态，引入式(20)～(23)，并将计算式中各参数下标“cg”改写为“cd”，形成新的式(20)～(23)，用于计算此时间段内被隔离系统内天然气的压力、温度、密度以及孔口处天然气泄漏率，若在该泄漏阶段出现P_cd(t)＝P_a，说明在放空泄压系统尚未开启之前泄漏就已结束；若此阶段有P_cd(t)P_a，则仍需进行下一泄漏阶段的计算；

(4)t_d≤t＜t_g泄漏阶段

引入原式(20)～(23)，并将计算式中各参数下标“cg”改写为“dg”，形成新的式(20)～(23)，用于计算此泄漏阶段系统内天然气压力、温度、密度和孔口处天然气泄漏率，参数η计算式：η＝Q_d/m_d，其中的Q_d采用式(24)计算：

当P_dg(t)＝P_a时，则认为整个泄漏过程结束。