天然气管道清通压力模拟

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1、万方数据2015年管道技术5设各2015筮兰塑!!里!!i竺堡!塾翌i翌!竺堕垦旦竺!旦里呈坐型!：兰天然气管道清通压力模拟周伟国，刘东京，肖兵(同济大学，上海2帅∞2)摘要：为了能够合理分析和处理清管过程中的实际问题，提高清管能力，基于质量守恒定律和牛顿第二定律，将管道内气体流动与清管器运动耦合起来，得到天然气管道清通压力计算方程。以四阶龙格一库塔算法对方程进行离散计算，结果表明：模拟计算结果与清通压力实验结果十分吻合，清管器在经过弯管、三通等阻力件时，均会使清通压力发生急变，通过分析清通压力的变化特点，可预测清管器的运动位置及到达管道出口的时

2、间。关键词：天然气；管道；清通压力；清管器；阻力件中图分类号：TE832文献标识码：A文章编号：1004—9614(2015)04—0042—03SimlllationofPiggingPress叫eforNaturalGasPipelineZHOUWei—guo，UUDong．jing，XIAOBing(Tbn妤Unive商留，Sh粕ghai2∞眇2，ClIina)Abstract：Inordertodealwithallkindsofpmcticalissuesduringpig画ngoperationandimprovepig舀ngabil

3、ity，thecalcu-lationequ“onofpig舀ngpressurew鹊proposedbycombirIingg鹊nowinpipewithPIGmotionbaLsedonlaw0fmassconserva．tionandNewton’ssecondlaw．ThefourthorderRunge-Kuttametllodw鹊tllencalculated．Theresultsshowthatthesimulationcom-putingresultsareingoodagreementwithexperimemaldata，tl

4、lepiggingpressurewiunuctuatesharplywhenPIGmovestllroughresistanceelements，suchaselbowsandteefinings．Thus，thechamcteristic80f山epiggingpressureforthepig舀ngprocedurec鲫be印pliedtopredictPIGpositionalldestimatepig画ngtime．Keywords：naturalgas；pipeline；pig舀ngpressure；PIG；resistanceele

5、ment0引言清管是天然气管道系统在投产或运行中的一项重要工作⋯，定期对管道系统进行清通，可以防止水在管道内积累，延长管道使用寿命，确保管道运行的安全性及提高管道输送效率旧J。国外对清管现象的研究起步较早，McDonald¨1等于1964年提出McDonald．Baker清管数学模型，并根据质量守恒方程，进行了数值模拟计算。Azevedo、Tol—masquim、saeidbakhsh等¨‘60相继对清管过程进行了大量的实验和理论研究，提出了较完善的清管数学模型。国内学者陈欣等。列对气液混输管道清管过程做了较多实验及理论研究，建立了气液混输管道清

6、管数学模型，并模拟计算了管道清洗速度和时间，模拟结果与实验数据吻合较好。目前，国内外研究人员主要对直管段进行数学建模及模拟研究，尤其是对清管器的结构研究较多旧JJ，但较少考虑阻力件(弯管、三通、阀门等)及杂质对清管过程的影响，尤其对含阻力件收稿日期：2叭4一ll—14收修改稿日期：2015一02—22天然气管道清管过程中，清通压力(清管器尾部的气体压力)与清管器位置相互关系的研究较少。l数学建模清管系统由空压机、发送联箱、清管器和接收联箱组成。空压机将压缩空气充入管道内，管道内放置的清管器在压缩空气的驱动下，向管道的另一端运行，管道的另一端开口通

7、大气。清管器在运行中受到p。和p：两个方向相反的压力(见图1)。压力p，由空压机不断将空气压缩进入管道内而产生，p：为外界大气压力与清管器运行阻尼之和。由于天然气管道是轴对称形状，且长径比很大，在数学建模中，空间坐标可以按一维问题处理。另外，管道内的气体流动按单相绝热过程处理。图l清管过程原理图1．1气体流动模型气体状态方程如下：p=p耵万方数据第4期周伟国等：天然气管道清通压力模拟43式中：p为气体压力，Pa；p为气体密度，k∥m3；R为气体常数，J／(kg·K)；r为气体温度，K。在还未进行充气的初始状态时，环境温度假设为疋，气体压力假设为p

8、。，则有：‘p。=p。R咒(2)假设管道横截面积恒定，则质量守恒定律可表示为：叫+p0．s。盖-pl心‘赢(3)p。m。txopl=—了