天然气干线破管检测系统控制参数设置.pdf

第3 3 卷第2 期 2 0 1 4 ．0 2 仪表电气 天然气干线破管检测系统控制参数设置 龙学 渊’ 田园’ 朱娜 1重庆科技学院 2西南油气田分公司输气管理处 摘要气液联动阀是天然气干线破管检测系统核心控制装置，其控制参数设置是否科学直 接影响破管检测系统运行的有效性和敏感性。通过对数值仿真实验数据进行多元拟合，得到输 量、压力、管径 、漏失 当量直径与压降速率之 间的 多元拟合解析式 ，该 多元拟合解析式可 由已 知的管输量、管径、工作压力及泄漏当量直径估算出起点阀室的最大压力下降速率，平均误差 低于 1 0 ％。破 管泄漏点距起点阀室越近 ，起 点阀室处压 力降幅越 大，且压力下降曲线斜率也越 大。在管输量、管径、泄漏当量直径一定的情况下，压降速率随着起点阀室压力的增加而增 加 ，但增幅随压力的增加而减小。 关键词管线漏失；破管检测 ；压力 ；数值模拟 ；多元拟合 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 4 ． 2 ． 0 3 5 干线破管检测系统的引人为管道安全输送提供 了强有力的保障，其核心控制装置即气液联动阀设 置于站场及阀室 ，以实现输送系统在 出现异常情况 下的紧急切断和场站进出站的紧急关断功能。气液 联动阀是天然气 干线破管检测系统核心控制装置 ， 其控制参数设置是否科学直接影响破管检测系统运 行 的有效性和敏感性n 。气液联动阀以压力下 降速 率作为控制参数 ，当出现漏失事故时干线破管检测 系统是否能准确识别并关闭阀门，或当干线破管检 测系统误动作时是否能短时间内解除生产停止状态 并防止管网憋压，这都是输气公司必须面对的实际 工程 问题 。由于对不 同工况下 的不同管道进行破 管参数的监测和计算较为复杂，国内外尚无成熟设 置规则与判断方法 。 1 不同漏失工况数值模拟 为进行不同输量 、压力 、泄漏 当量直径条件下 起点阀室压力变化的分析 ，根据文献[ 4 ] 所列模型对 整个管线漏失 事故工况进行数值模拟 。从漏失位 置 、管径 、输量 、管线运行压力等几个方面分析破 管漏失对起点阀室压力下降速率变化的影响。取各 影 响参数变化范 围如下 管径 4 2 6 ～ 9 1 4 mm，输 量 1 5 01 0 ～ 1 5 0 0 X 1 0 m。 ／ d ，运行 压力 2 6 MP a ，破 管漏失当量直径5 0 ～ 2 0 0 m m。 首先，分析不同的漏失位置对起点阀室压力变 化的影响。在起点 和终点 阀室间 ，每隔 4 k m设 置 一 个漏失点，动态仿真破管漏失点形成后起点阀室 压力的变化，分析不同位置对起点阀室压力变化的 基金论文重庆市教委科学技术研究项 目 K J 1 3 1 4 1 4 。 影响。模拟管径为4 2 6 m m，管线长度 3 2 k m，起点 阀室压力2 M P a ，输量1 5 0 X 1 0 I I1 。 ／ d ，仿真得到起 点阀室压力下降速率与破管漏失点的对应变化关 系。结果表明，漏失位置距离起点阀室越远 ，则其 压降下降速率越小，且压力下降速率最大值在时间 上存在一定的延迟。 其次 ，分析不 同的破管漏失 当量直径对起点 阀 室压力下降速率的影响。当管输量为 1 5 0 X 1 0 m 。 I d 时 ，取起点压力 2 MP a ，管径 4 2 6 m m，破管漏失点 距离起点 阀室 1 6 k m，假定漏失发生在第 1 ． 9 h ，漏 失部位在 0 ． 1 h内形成 ，背压为大气压 。针对不 同 的漏失 当量直径 5 0 、1 0 0 、1 5 0 和2 0 0 m m ，仿真 5 h内的工况变化 ，得到不 同当量直径破管漏失发 生后起点阀室压力下降速率的变化。结果表明，在 管输量 、起点压力 、管径不变的条件下 ，起点压力 下降速率随漏失当量直径的增大而迅速上升。在漏 失当量直径不发生变化后 7 mi n 左右 ，漏失速率达 到最大值 ，随后速率开始下降到一个稳定值 ，管径 越大则速率下降到稳定值所需时间越长 ，管径越小 所需时间越短。 再次，分析不同管径对起点阀室压力下降速率 的影 响 。取 输 量 为 7 5 01 0 m 。 ／ d，起 点 压 力 为 6 M P a ， 漏失当量直径为 1 0 0 m m，针对不同的管径 5 2 9 、6 1 0 、7 1 1 、8 1 3 和9 1 4 m m ，观察起点阀室 压力下降速率变化情况。结果表明，在管输量、起 点压力、泄漏点当量直径不变的条件下，起点压力 下降速率从泄漏发生时到开始上升到2 ．2 h 时，即 泄漏发生1 2 ra in 后压力下降速率达到最大值。 一 5 6一 油气田地面工程 h l i p ／ ／ w w w．y q t d mg c ．c o m 第3 3 卷第2 期 2 0 1 4 ．0 2 仪表电气 最后 ，分析漏失发生后输量对起点阀室压力下 降速率的影响。取起点压力为6 M P a ，泄漏当量直 径 为 1 0 0 m m，管 径为 8 1 3 m m，针 对 不 同的输 量 1 5 0 X 1 0 ～ 1 2 0 0 X 1 0 m。 ／ d ，观察起点阀室压力下 降速率变化情况。结果表明，在破管漏失情况下， 输量对起点阀室的压力下降速率影响不大。 2 仿真实验数据多元拟合 为了得到输量、压力 、管径 、漏失 当量直径对 起点阀室压力及压力下降速率影响的定量关系，正 确地设置气液联动阀关键参数，要对整个模拟计算 得到的原始数据进行多元拟合 ，进而得到能够估算 最大压降速率的拟合公式，如下式 0 Q6 c Dd D L e 1 式 中 为起点阀室压力最大压力下降速率 b a r ／ m i n ， p为输量 1 0 0 X 1 0 m 3 ／ d ； P为管道 正常工作压力 M P a ；D为管径 m m ；D ， 为泄 漏点当量直径 m m 。 拟合公式中各常数值如下 Ⅱ 1 ． 4 9 6 4 0 5 1 9 6 5 4 8 9 91 0 b 一1 ． 7 1 8 4 1 0 6 5 5 6 7 1 7 5 X 1 0 ～ C 一 6 ． 5 4 0 9 3 0 3 1 5 3 7 7 9 91 0 ～ d 3 ． 5 0 0 3 9 1 3 9 9 1 3 0 4 8 X 1 0 一 。 e 2 ． 7 5 2 3 8 3 7 2 7 4 2 4 9 X 1 0 根据式 1 ，通过 已知管线 的管径 、工作压 力 、输量及漏失当量直径可计算起点阀室的最大压 力下降速率 ，从而为气液联动阀的参数设置提供理 论依据。依据仿真数据进行拟合 ，得到起点阀室最 大压力下降速率与仿真数据点对 比结果 ，如图1 所示 。 一 ．曼 昌 ● 时 斛 黢 图1 拟合计算值与仿真实验数据对比 由图l 可知，当管径较大，压力较高，且泄漏 当量直径在 1 0 0 m m以上时 ，拟合公式预估数据较 为准确；而在小管径、低压力，且泄漏当量直径为 5 0 m iT t 及以下时，压力降速率变化较慢，对各个 自 变量敏感度低，因此拟合结果差距较大，但拟合的 准确度普遍达到8 5 ％以上，能够作为现场对管线泄 漏情况进行分析的依据。 3 结论 由于长输管线破管泄漏是一种极端工况 ，发生 频度较低，现场采集到的实际数据少且漏失点随机 性高，很难作为基础数据进行规律性分析研究 ，应 用数值仿真手段对不同工况和不同的漏失情况下的 起点阀室压力变化规律进行深入分析研究 ，最后对 数值模拟实验结果进行多元拟合及误差分析，得到 如下结论 1 通过对数值仿真实验数据进行多元拟合 ， 得到输量、压力、管径、漏失当量直径与压降速率 之间的多元拟合解析式，该多元拟合解析式可由已 知的管输量、管径、工作压力及泄漏当量直径估算 出起点阀室的最大压力下降速率，平均误差低于 1 0 ％，为气液联动阀关键控制参数的设置提供一种 简便实用的方法，并可为管线破管泄漏故障诊断提 供指导。 2 破管泄漏点距起点阀室越近 ，则起点阀室 处压力降幅越大，且压力下降曲线斜率也越大。在 管输量 、压力 、管径一定的前提下 ，管道泄漏当量 直径存在临界值，随着当量直径的增加，起点压力 下降速率迅速增加，但下降速率的增幅逐渐减小， 趋于一个临界值。该临界值随着管输量、压力 、管 径 的变化而变化。在管输量 、压力 、泄漏当量直径 一 定的情况下 ，压降速率随着管径的增加而增加， 但增幅随管径的增加而减小 。在管输量 、管径 、泄 漏当量直径一定的情况下，压降速率随着起点阀室 压力的增加而增加 ，但增幅随压力的增加而减小 。 参考文献 [ 1 ] P a l -S t e f a n Mu a y ， I o a n S i l e a ． A S u r v e y o n G a s L e a k De t e c t i o n a n d L o c a l i z a t i o n T e c h n i q u e s[ J ] ．J o u r n a l o f L o s s P r e v e n t i o n i n t h e P r o c e s s I n d u s t r i e s ，2 0 1 2 ，2 5 6 9 6 6 9 7 3 ． [ 2 ] 张 连 文 管 道 泄漏 检 测 技 术 及 评 价 [ J ] ．油 气 田地 面 工 程 ， 2 0 0 3 ．2 2 4 1 3 ． 【 3 ] 桑博 ，兰惠清．燃气管道泄漏过程模型的研究进展【 J 1 _油气储 运 ，2 0 1 1 ，3 O 8 6 0 8 6 1 2 ． [ 4 ] H．P r a s h a n t h R e d d y ，S h a n k a r Na r a s i m h a n ．L e a k D e t e c t i o n i n G a s P i p e l i n e Ne t wo r k s Us i n g a n Eff i c i e n t S t a t e Es t i ma t o r ． P a r t I I ． Ex p e r i me n t a l a n d F i e l d E v a l u a t i o n【 J ] ．C o mp u t e r s a n d C h e mi c a l E n g i n e e r i n g ．2 0 1 0，3 5 4 ．6 6 2 6 7 0 ． 栏目主持关梅君 t b mtizE h t t p ／ ／ v v ．y q t d mg c ． c 。 m 一5 7