[发明专利]一种天然气枝状管网泄漏管段识别方法

权利要求书

1.一种天然气枝状管网泄漏管段识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定所研究的管网的管长、管径、管网沿线高程、泄漏孔径这些基础参数，所述管网是天然气枝状集输管网；

步骤2：根据管网的基础参数以及管网的初始条件和边界条件，利用管网一维流动的控制方程组建立正常管网和单点泄漏管网的水力热力数值模拟双流体模型，同时进行水力计算；

步骤3：利用多相流计算实时获取的管网沿线压力、温度、气体流速这些参数，得到管网沿线压力、温度、气体流速这些参数泄漏前后的变化规律；

步骤4：根据泄漏规律，以压力和气体流速两个参数的变化规律作为初步判断管网中管段是否发生泄漏的依据，并做出泄漏后管段压力相比未泄漏管段的压力变化幅值随时间的变化图，以此根据压力幅值变化的大小准确识别出泄漏管段；

管网积液模型的求解，首先将管网中的管道分为m条，将每条管道又分为n段，已知管网节点流量、压力和温度这些参数，然后选择管网中第i条管道的第j段管段进行多相流计算，得到各管段压降、温降、平均压力和平均温度这些参数，以此计算出管网中每一条管道和每一条管道中管段的饱和水量、冷凝水量以及确定管道中的相态，最后得出管网积液模型中液膜的厚度、持液率、压力、温度和饱和水量这些参数；

湿式天然气管网压力模型的求解，随着时间步长的增加，管网中冷凝水增加，并沿管道分布在不同位置，同时，水力参数和热力参数受相变和积液的相互影响，由于液体的不断凝结和积聚，使得管网内的水力和热力参数不能完全向稳态发展，一段时间后，通过设置相应的边界条件，计算得出不同泄漏管网中水力和热力参数的变化，首先已知管网的基础数据，将管网初始节点的压力和流量参数代入水力热力数值模拟双流体模型进行计算，然后解非线性方程组，计算导纳矩阵，求节点压力，如果求出的节点压力相比真实节点压力误差小于ε，则根据析水量更新气相质量含气率，直到算出管网中各管段的相关水力参数和热力参数，如果求出的节点压力相比真实节点压力误差大于ε，更新节点压力重新求解；

利用管网中泄漏前后压力和气体流速的变化规律来初步识别泄漏管段，做出管段泄漏后1s、10s、30s、1min、5min、8min和10min管网的压力变化曲线图，利用压力变化的幅值百分比曲线准确直观地识别泄漏管段。

2.根据权利要求1所述的天然气枝状管网泄漏管段识别方法，其特征在于，管道内的流动并不一直是单相流动，而是在流动过程中从单相流动转变为气液两相流动，天然气在运输过程中往往会产生大量饱和水蒸气和少量轻烃，在管网中，温度和压力会沿着管道从支管起点下降到管汇处，管网中的蒸发碳氢化合物会逐渐凝结，随着输送距离的增加，管网沿线温度与压力逐渐下降，气体中的水蒸气将在管壁处凝结为液滴而析出，使得管道中持液率发生改变，因此管线中的流动从简单的气相单相流动变为复杂多变的气液两相流。

3.根据权利要求1所述的天然气枝状管网泄漏管段识别方法，其特征在于，一维流动的控制方程包括利用质量守恒公式，即公式(1)和公式(2)，动量守恒公式，即公式(3)和公式(4)，以及能量守恒公式，即公式(5)和公式(6)，构建水力热力数值模拟双流体模型：

式中，l表示液相，g表示气相；t表示时间，x表示距离，ρ表示密度，v表示速度，α_g表示蒸气空隙率，α₁表示液体空隙率，并且α_g+α_l等于一，表示每单位体积的液体传质速率，表示每单位体积的气体传质速率，并且

式中，i表示液相和气相之间的相间；P表示总压力，S表示与液相或气相接触的壁周长，τ_i表示界面处相之间的剪切应力，τ_wg表示作用在管壁上的气相的剪切应力，τ_wl表示作用在管壁上的液相的剪切应力，θ表示管道倾角；

式中，u表示内在能量，u＝h-P/ρ，h表示焓，q_wg表示从管壁传递到气相的热量，q_wl表示从管壁传递到液相的热量，q_i表示在界面处交换的热传递。

4.根据权利要求1所述的天然气枝状管网泄漏管段识别方法，其特征在于，确定管网初始条件和边界条件，初始条件为进管时凝结水全部清管干净，入口流体仅含饱和天然气，不含水，并且温度、压力、流量和组分均是已知的参数，入口边界条件为已知各支管入口的质量流量和温度，出口边界条件为已知最小进口压力，相邻节点边界条件为压力相等，温度为加权平均温度，质量流量为总和，质量含气率重新计算，管道沿程边界条件分别为已知的传热系数、地面温度、管道长度及直径、管道高程。