[发明专利]一种复杂输油管道系统在泄漏事故时的停输方法

说明书

本发明涉及一种复杂输油管道系统在泄漏事故时的停输方法，其特征在于，该停输方法包括以下步骤：1)建立泄漏管道停输数学模型；2)对泄漏管道停输数学模型中管道系统的计算区域进行离散；3)进行站外输油管道泄漏时停输过程中阀门操作方法；4)进行站内复杂输油管道系统停输过程中阀门操作方法。本发明根据实际复杂输油管道系统，建立了其停输过程中的水力瞬变数学模型，借鉴反问题的思想，确定管道系统的停输方法，给出停输过程中阀门的动作方案，实现在规定的约束条件下，安全有效地进行管道停输操作。

技术领域

本发明涉及一种复杂输油管道系统在泄漏事故时的停输方法，属于石油开采领域。

背景技术

复杂输油管道系统包括站外长输管道系统和站内输油管道系统。复杂输油管道系统具有管网拓扑结构复杂、阻力元件及节点多、相邻站场相互影响、输送介质易燃易爆易汽化等特点，因而水击波的传播更为复杂，其发生事故后果较输水道系统更严重。输油管道系统发生泄漏事故后停输过程中阀门的动作会使管内流体处于水力不稳定的流动过程，在管道内形成往复传播的瞬变压力波，特别是阀门的突然启闭将会使管道中液体流速瞬间急剧变化而发生水击，有可能损坏仪器仪表，甚至导致输油管道破裂。已有文献研究了阀门调节规律、油品粘度、管路长度和泵机组转动惯量对机场发油系统水击压力峰值的影响，模拟情况表明阀门自身特性及其调节规律是影响水击压力峰值的主要因素。因此，合理设定复杂输油管道系统停输过程中阀门的动作方案，将水击控制在正常的范围内，可以达到防止水击破坏、减少防护措施、节约工程费用、保证安全输油等目的。

现场进行输油管道系统停输操作时，往往根据工程经验结合SCADA系统的数据反馈，反复、多次进行尝试性阀门调节，这种调节方法盲目性较大，阀门调节时间长，风险大。由于输油管道系统停输过程中阀门的调节属于多阀联动调节，阀门控制方案求解难度较大，部分学者对此进行了少量的相关研究。JasperA对停输优化问题进行了初步探索，其研究上、下游阀门操作对泄漏特性的影响发现，要使管道发生故障时泄漏量最小，通过观察得到管道阀门操作的最佳时机是立即关闭上游阀门，随后几乎同时关闭下游阀门，但不足之处是其未给出定量描述。宋生奎分析了水击产生的原因，研究过渡过程主动控制决策系统得到停泵保护的阀门最优调节规律及系统最小水击压力。王永红以现代控制理论为基础，建立输油管道物理模型后，基于反问题分析方法确定了输油管道系统的预测和最优控制。于永海以简单管系统为研究对象，建立了有压瞬变流限压控制反问题的最优控制数学模型，应用时间连续系统最优控制理论来求解。蒋劲基于VS(Valve Stroking)理论，研究了供水系统的阀门调节方案。黄源等人建立了输配水管网多阶段线性关阀的数学模型，以系统压力波动最小为目标函数，基于粒子群算法求解了阀门的最优化关阀曲线，但粒子群算法给出的关阀曲线具有一定的随机性。Berardi等，Creaco等和Campisano等分别研究了输配水管网发生泄漏后的最优操作策略，但其研究对象为输配水管网，输配水管网的水力特征与输油管道系统不同，不涉及介质汽化的约束条件，所建的模型无法直接用于求解复杂输油管道系统的停输策略。

此外，上述管道停输优化问题的理论或实验研究都尚处于起步阶段，现有的主动控制策略主要应用于简单短管道、简单水力管网等距离较短的系统，并没有考虑到涉及相变的复杂的管流、小孔泄漏、变径点、复杂管网拓扑结构对管道停输策略的耦合影响。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种复杂输油管道系统在泄漏事故时的停输方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种复杂输油管道系统在泄漏事故时的停输方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立泄漏管道停输数学模型，具体过程如下：

①建立站外泄漏管道停输模型：

a.在关停泄漏管道时，利用式(1)确定整个泄漏管道停输过程中最小的总泄漏量min F：