原油管道工况仿真

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1、第!"卷第#期天然气与石油%&’(!"，)&(#!""!年$!月!"#$%"&’"()*+,-&*+,(!""!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：.//0-1123（4//4）/5-///6-/2原油管道工况仿真张其敏（重庆石油高等专科学校，重庆#"""#!）摘要：工况仿真对于合理确定原油管道的设计方案和安全运营管理有着重要意义。原油管道的工况仿真包括静态仿真和动态仿真两个部分，两者相互补充，缺一不可，对管道的各种运行状况进行准确的描述，为设计和运行调节提供可靠的依据。文章详细讨论了原油管道

2、瞬变流动的数学描述及有限差分求解方法，并分别分析了对简单管道和长输管道不稳定工况的仿真。关键词：原油管道；工况；仿真；不稳定流中图分类号：2340!；25$$6文献标识码：7原油管道是耗资巨大的建设工程，投产后的管量变化，此时管线是否仍然安全，输送任务是否能按理十分复杂，为建设及管理好大型输油管道，必须合计划完成等，为此需要作出比较准确的计算，以决定理地设计和运营管理。具体内容包括：设计时根据相应的调节方案和处理措施。所提供的基础资料（包括管线走向）计算管线在正常事故工况发生时管线处于不稳定流动状态，又工作和事故状况等各种运营条件下沿线压头、流量称瞬变流或水击，目前对瞬变流的流动规律和数学分

3、布，据此作各种可行方案并逐一筛选最优方案；运描述，还正处于研究阶段，而由于对管道的稳态描述营时根据输送任务的要求，计算沿线工况的变化，以相对简单且成熟，因此，在此主要对描述瞬变流的动决定泵站中机组的开启，事故工况下还需要计算沿态仿真进行详细讨论，而把静态仿真作为为动态仿线运行参数，并根据压头变化情况和输送任务的要真提供初值的部分内容进行探讨。求制定相应的处理方案，保证在安全可靠的前提下，以最低的能耗完成输送任务。$瞬变流动过程的数学描述及求解要实现设计方案和运行调节方案的优选，必须进行工况仿真。原油管道工况仿真包括静态仿真和描述管道瞬变流动过程的弹性理论以液体可以动态仿真两部分。两者各有描述

4、对象，相互联系，相压缩和管壁变形为基础，分析受压力波作用的微元互补充，缺一不可。静态仿真对输油管道稳定工况体的受力与质量守恒，建立运动方程和连续方程的可以作出相当精确的描述，它具有快速灵活的特点，微分形式。将这两个方程联立，对应相应的边界条一般很快就可计算出沿线压头、流量、功率及燃料消件，使用数值方法即可分析求解管道的瞬变流动过耗量等参数，这对稳定运行的管道可提供足够的设程。计、运行数据，另外还能向动态仿真提供若干个修改、校正用的方案，在数值计算上为动态仿真计算提［$］供初值。动态仿真的目的在于对管线事故工况发生$8$管道瞬变动过程的数学描述时进行预测全线的参数变化，并为制定相应处理方$8$

5、8$运动方程案提供依据。如当管线中发生阀门误关闭、泵站停运动方程是从处于瞬变流动的管内流体中选取电、泄漏、堵塞等事故时，必须会导致全线的压头流隔离体，应用牛顿第二定律建立而成。有两点假设：收稿日期：!""$-".-"/；修回日期：!""!-"$-".作者简介（：$./!-），女，重庆开县人，讲师，硕士，$../年毕业于西南石油学院，现从事油气储运教学及科研工作。电话（："!0）1.".!"#/。6天然气与石油())(年!"管内流体为均质一维流动，这就意味着管道横截将方程组中的压力%换成能量压头-，并用流面上的压力、流速和密度是均匀分布的；#"管子和流量.代替流速"，从而可得到（-，.）关于空

6、间及体变形均在线性弹性变形范围内。时间变量（&，#）的方程形式。!"$!%#$*(*(有限差分方程$$’%&’"$")")*)!#!!&((特征方程虽然是常微分方程的形式，但由于摩$*$*(连续性方程阻项是非线性的，仍不能用积分方法得到解析解，这连续性方程描述了时刻#流入及流出流体净质里采用常用的有限差分方法求数值解。量等于隔离体内的质量随时间的变化率。使用数值方法求解特征方程，必须把管道沿长!%(!"度方向离散成若干管段，把瞬变过程离散成若干时$!+*)!#!&间步长，则某一时刻管线上某点的压头和流量是由运动方程和连续性方程是分析液体管道不稳定前一时刻该节点前后两个节点的压头流量决定。有流

7、的两个基本方程，式中符号意义如下：限差分法求解过程许多文献已作详细探讨，在此不&———表沿流体流动方向管线上的位置，即空再赘述。间变量，+；#———时间变量，%；$*0初始条件与边界条件%———&断面的平均压力，,-!；若要求解管线上任一点在任一时刻的流动参"———&断面的平均流速，+／%；数，需要相应的初始条件和边界条件。(———管道内径，+；$*0*$初始条件+———压力波传播速度+／%；使用差分方程计算