一种输油管道泄漏量计算方法

摘要

本发明公开一种输油管道泄漏量计算方法，所述计算方法包括：获取上游站场出站压力值P

说明书

技术领域

本发明涉及油气管道系统技术领域，尤其涉及一种输油管道泄漏量的计算 方法。

背景技术

管道作为油品转运最安全、可靠、高效的运输方式愈来愈受到世界各国的 高度重视，随着管道里程的不断增多，越来越多的输油管道进入到了城市周边， 甚至进入城区。输油管道一旦发生泄漏，往往会造成环境污染或者人员伤亡， 如果输油管道泄漏后对泄漏量进行快速而准确的计算，可以为制定管道维抢修 策略，减少事故损失提供理论指导。

输油管道油品泄漏量的计算，难点在于必须计算油品在管道流动过程中摩 擦阻力产生的压力损失。目前，普遍采用达西公式计算油品流动产生的压力损 失，但采用达西公式计算压力损失需要大量参数，计算过程非常繁琐，并不能 满足管道发生泄漏后，油品泄漏量快速计算的要求。另一方面，现有输油管道 泄漏量的计算方法，使用的前提是必须有明确的泄漏孔径，但管道泄漏后泄漏 孔径并不能快速确定，造成泄漏量的计算结果并不准确。

发明内容

本申请提供一种输油管道泄漏量的计算方法，解决了或改善了现有技术中 采用达西公式计算油品流动产生的压力损失时，需要大量参数、计算过程非常 繁琐，不能满足管道发生泄漏后，油品泄漏量快速计算的要求。

本申请提供一种输油管道泄漏量计算方法，所述计算方法包括：

获取上游站场出站压力值P_up和下油站场进站压力值P_down；

获取所述上游站场到泄漏点的距离l₁和所述下油站场到所述泄漏点的距离 l₂；

获取所述上油站场相对于所述下油站场的高程差H_up，和所述泄漏点到所 述下油站场的高程差H_x；

确定所述泄漏点的泄漏孔径d_h；

计算所述上游站场到泄漏点的压力损失其中， g为重力加速度，ρ_L为输送介质密度，kg/m³；

计算所述泄漏点处管道的內压P₁＝P_up-P_s+ρ_Lg(H_up-H_x)；

计算所述泄漏点的泄漏速率其中，q_s为关阀前油品 泄漏速率，kg/s；C_d为泄漏系数；A_h为泄漏孔的横截面积，m；P_a为外部环境 压力，pa；

获取所述泄漏点的泄漏时长T；

根据泄漏速率q_s和泄漏时长T，计算管道泄漏量Q。

优选地，所述根据泄漏速率q_s和泄漏时长T，计算管道泄漏量Q，具体为： $Q={\int }_0^T{q}_{S}dt$

优选地，所述确定所述泄漏点的泄漏孔径d_h，具体为：

根据管道失效统计数据，计算所述泄漏点的泄漏孔径d_h。

优选地，所述根据管道失效统计数据，计算所述泄漏点的泄漏孔径d_h，具 体为：

根据管道失效原因、对应的不同泄漏孔类型的百分比，计算泄漏孔的权重， 作为泄漏孔径d_h。

优选地，所述根据泄漏速率q_s和泄漏时长T，计算管道泄漏量Q，具体为： 其中，λ_i为不同泄漏孔类型的百分比。

本申请有益效果如下：

(1)本发明在计算泄漏点处压力的过程中，有效利用上下游压力监测数 据，使得泄漏点压力的计算更加符合现场实际工况，计算结果更加准确；

(2)本发明对管道流动产生的压力损失的计算过程进行简化，避免了达 西公式计算的繁琐过程，计算过程更加简单、快捷，计算结果也更加准确；

(3)本发明可以计算泄漏孔径已知时，输油管道的泄漏量，同时可以实 现对泄漏孔径未知时，输油管道泄漏量的计算。

本申请通过提供上述输油管道泄漏量的计算方法，解决了或改善了现有技 术中采用达西公式计算油品流动产生的压力损失时，需要大量参数、计算过程 非常繁琐，不能满足管道发生泄漏后，油品泄漏量快速计算的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例。

图1为本申请实施方式一种输油管道泄漏量计算方法的流程图；

图2为图1中的管道上下游压力实时监测数据；

图3为图1中管道泄漏点位置示意图；

图4为图1中管道有效高程示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种输油管道泄漏量的计算方法，解决了或改善了 现有技术中采用达西公式计算油品流动产生的压力损失时，需要大量参数、计 算过程非常繁琐，不能满足管道发生泄漏后，油品泄漏量快速计算的要求。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请提供一种输油管道泄漏量计算方法，所述计算方法包括：

获取上游站场出站压力值P_up和下油站场进站压力值P_down；

获取所述上游站场到泄漏点的距离l₁和所述下油站场到所述泄漏点的距离 l₂；

获取所述上油站场相对于所述下油站场的高程差H_up，和所述泄漏点到所 述下油站场的高程差H_x；

确定所述泄漏点的泄漏孔径d_h；

计算所述上游站场到泄漏点的压力损失其中， g为重力加速度，ρ_L为输送介质密度，kg/m³；

计算所述泄漏点处管道的內压P₁＝P_up-P_s+ρ_Lg(H_up-H_x)；

计算所述泄漏点的泄漏速率其中，q_s为关阀前油品 泄漏速率，kg/s；C_d为泄漏系数；A_h为泄漏孔的横截面积，m；P_a为外部环境 压力，pa；

获取所述泄漏点的泄漏时长T；

根据泄漏速率q_s和泄漏时长T，计算管道泄漏量Q。

本发明在计算泄漏点处压力的过程中，有效利用上下游压力监测数据，使 得泄漏点压力的计算更加符合现场实际工况，计算结果更加准确；本发明对管 道流动产生的压力损失的计算过程进行简化，避免了达西公式计算的繁琐过 程，计算过程更加简单、快捷，计算结果也更加准确；本发明可以计算泄漏孔 径已知时，输油管道的泄漏量，同时可以实现对泄漏孔径未知时，输油管道泄 漏量的计算。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方 式对上述技术方案进行详细的说明。

为克服现有技术的不足，本发申请提出一种输油管道泄漏量的计算方法。 该方法避免了达西公式计算压力损失的繁琐过程，并且可以通过管道失效原因 来确定管道泄漏孔径。与以前的输油管道泄漏量计算方法比较而言，该方法技 术过程简捷，计算结果准确，是计算输油管道泄漏量的有效方法。

本发明的技术方案是：首先获取管道压力监测数据、高程数据、泄漏点位 置等数据，然后对高程进行简化，计算油品在管道流动过程中产生的压力损失， 之后计算管道泄漏点处压力，如果泄漏孔径未知，可以根据管道失效原因对泄 漏孔径进行推测，从而计算油品泄漏速率及泄漏量。本发明的计算方法计算过 程更加简捷，结果更加准确，是评价输油管道泄漏量的有效方法。以下对本申 请提供的输油管道泄漏量计算方法进行详细介绍。

如图1所示，所述输油管道泄漏量计算方法包括以下步骤：

步骤101：获取上游站场出站压力值和下油站场进站压力值，其中上游站 场出站压力值为P_up，下油站场进站压力值为P_down。

目前输油管道普遍采用先进的泄漏监测系统，可以从泄漏监测系统实时获 取上下游站场压力实时监测数据，主要是获取上游站场出站压力及下游站场进 站压力检测数据，如图2所示。

步骤102：获取所述上游站场到泄漏点的距离和所述下油站场到所述泄漏 点的距离，其中，所述上游站场到泄漏点的距离为l₁，所述下油站场到所述泄 漏点的距离为l₂。

如图3所示，主要是确定上游站场到泄漏点距离，及泄漏点到下游站场距 离。

步骤103：获取所述上油站场相对于所述下油站场的高程差，和所述泄漏 点到所述下油站场的高程差，即，确定上下游站场及泄漏点有效高程。其中， 所述上油站场相对于所述下油站场的高程差为H_up，所述泄漏点到所述下油站 场的高程差为H_x。

由于管道沿线所处高程不同，不同位置管道高程也不一样。为了计算的简 便性，不可能将所有高程纳入计算。本发明将下游站场相对高程假设为0，将 上游站场相对下游站场高程及泄漏点处相对下游站场高程视为计算的有效高 程，如图4所示。

步骤104：确定所述泄漏点的泄漏孔径，其中，所述泄漏点的泄漏孔径为d_h。

泄漏量的计算主要有两种用途，一种是在泄漏发生过程中估算泄漏量，便 于维抢修，这种情况下往往泄漏孔径未知；另一种是泄漏发生后估算泄漏量， 目的是便于事故处理，这种情况下往往泄漏孔径已知。

①泄漏孔径d_h未知时

在泄漏孔径d_h未知时，根据管道失效统计数据，计算所述泄漏点的泄漏孔 径d_h。不同管道失效原因往往造成不同的泄漏孔径泄漏，在泄漏孔径未知时， 本发明通过失效原因对泄漏孔径进行判断。

表1不同失效原因与泄漏孔径统计数据

具体地，所述根据管道失效统计数据，计算所述泄漏点的泄漏孔径d_h，具 体为：根据管道失效原因、对应的不同泄漏孔类型的百分比，计算泄漏孔的权 重，作为泄漏孔径d_h。

②泄漏孔径d_h已知时，直接输入泄漏孔径。

步骤105：计算所述上游站场到泄漏点的压力损失：

上游站场到泄漏点压力损失计算公式为

$P_s=(P_{up}+{\rho }_L{\mathrm{gH}}_{up}-P_{down})\frac{l_1}{l_1+l_2}$

P_s——压力损失，pa；

P_up——上游站场压力，pa；

P_down——下游站场压力，pa；

l₁——上游站场距泄漏点距离，m；

l₂——下游站场距泄漏点距离，m；

H_up——上游站场相对下游站场高程差，m；

H_x——泄漏点相对下游站场高程差，m；

g——重力加速度，取值9.8；

ρ_L——输送介质密度，kg/m3，

步骤106：计算所述泄漏点处管道内压

P₁＝P_up-P_s+ρ_Lg(H_up-H_x)

P₁——泄漏点处压力，pa；

步骤107：计算所述泄漏点的泄漏速率

油品泄漏速率可以利用基于动力守恒的不可压缩稳态流动Bernoulli等式 计算：

$q_s=C_d{A}_h\sqrt{2{\rho }_L(p_1-p_a)}$

其中：

q_s——关阀前油品泄漏速率，kg/s；

C_d——泄漏系数，取值0.65；

d_h——油品泄漏孔径，m；

A_h——泄漏孔的横截面积，m，

P_a——外部环境压力，取值101325，pa；

步骤108：获取所述泄漏点的泄漏时长T

泄漏持续时间由泄漏发现时间、关阀时间及抢修时间三者相加得到。

步骤109：根据泄漏速率q_s和泄漏时长T，计算管道泄漏量Q。

当所述泄漏点的泄漏孔径d_h未知时，泄漏量

λ_i——不同失效孔径百分比，i表示泄漏孔径：小孔/裂纹、孔洞、断裂

当所述泄漏点的泄漏孔径d_h已知时，泄漏量

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

(1)本发明在计算泄漏点处压力的过程中，有效利用上下游压力监测数 据，使得泄漏点压力的计算更加符合现场实际工况，计算结果更加准确；

(2)本发明对管道流动产生的压力损失的计算过程进行简化，避免了达 西公式计算的繁琐过程，计算过程更加简单、快捷，计算结果也更加准确；

(3)本发明可以计算泄漏孔径已知时，输油管道的泄漏量，同时可以实 现对泄漏孔径未知时，输油管道泄漏量的计算。

本申请通过提供上述输油管道泄漏量的计算方法，解决了或改善了现有技 术中采用达西公式计算油品流动产生的压力损失时，需要大量参数、计算过程 非常繁琐，不能满足管道发生泄漏后，油品泄漏量快速计算的要求。

现以某条输油管道因腐蚀造成管道泄漏为例，计算其泄漏量。

具体步骤为:

(1)获取管道上下游站场压力实时监测数据

通过管道泄漏监测系统获取上下游站场压力实时监测数据，如表2所示。

表2压力监测数据

时间 上游出站 下游进站 压差 19:02(发生泄漏) 2.305 2.133 0.172 19:03 2.091 1.923 0.168 19:06 2.069 1.901 0.168

19:10 2.059 1.897 0.162 19:20(关闭阀门) 1.05 1.01 0.04 19:50 1 1 0

(2)确定管道泄漏点位置

上游站场到泄漏点距离为5km，泄漏点到下游站场距离为10km。

(3)确定上下游站场及泄漏点有效高程

上游站场相对下游站场高程为10m，及泄漏点处相对下游站场高程为9m。

(4)确定管道泄漏孔径

本次泄漏是由腐蚀引发，根据表1，造成小孔泄漏(孔泄漏径6mm)可能 性为97％，造成孔洞泄漏(孔泄漏径60mm)可能性为3％。

(5)计算上游站场到泄漏点压力损失

上游站场到泄漏点压力损失根据式1计算，计算结果如表3所示

表3压力损失计算结果

(6)计算泄漏点处管道内压

泄漏点处管道内压，根据式2，计算结果如表4所示

表4泄漏点处内压计算结果

(7)计算泄漏速率

油品泄漏速率根据式3计算，计算结果如表5所示

表5泄漏速率计算结果

(8)确定泄漏持续时间

表6泄漏持续时间

时间 持续时间(s) 19:02(发生泄漏) 0 19:03 60 19:06 180 19:10 240 19:20(关闭阀门) 600 19:50(泄漏停止) 1800

(9)计算管道泄漏量

泄漏量计算结果如表7所示，从表中可以得出，最终本次输油管道泄漏量 为2390.76kg。

表7泄漏量计算结果

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基 本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要 求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。