长输管道稳态气体泄漏率的计算

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1、·##·长输管道稳态气体泄漏率的计算!董玉华!!周敬恩高惠临霍春勇冯耀荣（西安交通大学）（西安石油学院）（中国石油天然气集团公司石油管材研究所）董玉华周敬恩等：长输管道稳态气体泄漏率的计算，油气储运，!""!，!（#$）##%#&。摘要应用计算流体力学理论给出了长输管道稳态气体泄漏率的计算方法。计算结果表明，给出的新模型是一个通用模型，它包含了孔模型和管道断裂模型，可用于计算不同孔径条件下的气体泄漏率。当管道破坏的孔径较小，为小孔泄漏时，新模型与孔模型计算结果一致；而当管道发生全截面断裂时，则与管道模型计算结果相近；当管道破裂的孔径大于小孔而小于管径时，则采

2、用新模型计算气体泄漏率更符合实际情况。主题词长输管道泄漏率临界流稳定状态计算体泄漏率。一、前言二、气体泄漏率模型管道是能源输送比较安全的一种运输方式，与其它工程结构一样，管道在运行过程中也会受到多气体在管内流动时，由于管内外压力差较大，气种内外因素的干扰，如内外腐蚀、材料缺陷、第三方体密度变化较大，可把管内气体看成可压缩流体，应破坏等，从而使管道发生泄漏（大孔泄漏或小孔泄用连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程描述漏）或断裂。输送介质（如天然气）泄漏时，若遇到火气体的流动过程。通常，气体的流动过程分为等温源或达到一定浓度就可能发生燃烧或爆炸，对国民流动过程和

3、绝热流动过程，实际的气体流动过程介经济造成巨大的损失。因此，对管道管理部门而言，于两者之间。不过，对长距离输气管道而言，用等温为了提高管道运输的安全性，必须对输气管道进行过程和绝热过程描述气体运动结果相似〔(〕。在计算定量风险评价，从而把管道的盲目被动维修变为预流体力学中，一般把气体流动过程看作理想气体的知、主动性维修，达到风险最小、效益最大的目标。可逆、绝热过程，遵循理想气体的状态方程和泊松方长输管道的定量风险评价包括管道的失效概率程〔&〕。图#为描述管内气体泄漏过程的示意图〔)〕，估算和失效后果估算。分析输气管道的失效后果图#所示距管道起点!处存在一孔，

4、气体在此处发时，首先要知道气体的泄漏率，然后才能选用相应的生破坏。图中符号意义为，"#、##、$#、!#表示管道气体扩散模型进行浓度预测和失效后果估算。气体起点的运行压力、温度、泄漏速度及气体密度；"!、泄漏率的常用计算方法有，适用于小孔泄漏的孔模#!、$!、!!表示与孔径在同一直线上管内某点的运型和管道发生全截面断裂的管道模型〔#%’〕，而对孔行压力、温度、泄漏速度及气体密度；"’、#’、$’、!’径大于小孔而小于管径的泄漏，则没有相应的计算表示泄漏点的运行压力、温度、泄漏速度及气体密模型。利用流体力学理论研究了气体泄漏率的计算度。方法，给出了一个通用模型

5、，该模型把小孔模型和管相关假设条件有，介质为理想气体；气体在管内道模型衔接起来，从而可计算不同孔径条件下的气为绝热流动；在泄漏点为等熵流动；一维流动模型。!中国石油天然气集团公司创新基金项目。!!*#"")&，陕西省西安市未央区；电话：（"!+）$’$!’!#。·!$·程代入式（!），可求得孔口处气体泄漏率（2）的表达式为：$!"!$%!#7!#7!2-3&456#$··[()(()]#&$$!(!#$#$（+）式中2———气体泄漏率，,3)*；图!气体泄漏示意图$456———小孔面积，(；为了定量描述管内气体绝热流动过程，利用能3&———气体排放系数，对&

6、+7+&&&&的非临量守恒方程和动量守恒方程整理可得到：界流，取&81!，其它情况取!8&；#$#$#$%)*!"!"#(!$)"%($(!)"+-———大气环境压力。!#$$!&’$$$$!,孔口处气体泄漏率的大小取决于气体在孔口为（!）临界流泄漏还是非临界流泄漏，由临界压力比3#&$)/$’*!.-（9:;<;9."=:>**?:>:.<;2）确定：,!式中,———管径，((；3#&-#7$!(!（%）-()#$8!"!!———热容比；式中#$8———点$的临界压力。)———摩擦系数；当#$7#$8时，孔口为临界流泄漏，把式（%）代!.———摩擦力

7、；入式（+）得到：/———气体泄漏速度，()*；!"!+’———气体流量，()*；%$!(!2-456#$··!·()（6）*+———管道有效长度，,(；#&$$!"!#!———管道起点的压力，-.；当#$"#$8时，孔口为亚临界流泄漏，泄漏率用式（+）表示。#$———管内与孔位于一直线上某点的压力，关于气体泄漏率的计算，常用模型有适用于小-.；孔泄漏的孔模型和管道全截面断裂的管道模型。而&———气体常数；对于孔径大于小孔且小于管径的泄漏则没有相应的$!———管道起点的温度，/；计算模型。以下将对各种情况分别进行讨论。$$———管内与孔位于一直线上某点的温度

8、，!、孔模型/。小孔模型认为，因为孔径较小，管内压力