输气管道堵塞的瞬态流动特性及其定位方法研究

作     者：敬佩瑜 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：廖柯熹

授予年度：2018年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：输气管道 流动特性 模拟实验 瞬态模拟 堵塞定位 

摘      要：输气管道堵塞在天然气输送及输配系统中时有发生,一旦出现堵塞特别是完全堵塞,必将严重影响整个系统的正常运行,准确快速确定堵塞位置是解堵的关键,目前国内外有关输气管道堵塞定位的研究相对较少,难以经济高效地解决实际管道堵塞准确定位的问题。然而,SCADA系统在油气管道中应用广泛,压力与流量等操作参数的实时监测是其主要功能之一,有必要尝试利用这些参数来实现输气管道的堵塞定位。为此,实验研究与数值模拟输气管道堵塞的瞬态流动特性,建立堵塞位置与堵塞瞬态过程持续时间的关系,探讨输气管道堵塞定位方法及其适用性,这对输气管道安全平稳运行具有重要的理论与实际意义。本文主要研究内容及认识如下:（1）提出输气管道堵塞实验研究与数值模拟方法,自主设计并搭建输气管道堵塞流动实验模拟系统,对比分析输气管道模拟常用软件TGNET和SPS的功能特点,选用SPS软件,实例证实其所建输气管道物理模型的可靠性;基于AGA8-92DC模型采用VB编制了天然气压缩因子计算程序,分析气体组成及压缩因子、运行温度、输气量、起点与终点压力、管径及管长对输气管道流动参数计算的影响。（2）实验模拟与监测储罐和管道的充气过程及不同工况下输气管道稳态与堵塞瞬态的流动过程即DP～t与Q～t曲线,对比分析堵塞位置对输量与近起点压差的影响,定义输气管道从堵塞瞬态到停输稳态的持续时间为TTts,拟合TTts内的DP～t与Q～t可靠数据,由此计算不同堵塞位置的TTts,探讨堵塞位置L随TTts的变化趋势,结果发现TTts内近起点DP和Q随时间呈幂函数递减,TTts值随堵塞位置L增大而增大,且现有差压与流量变送器能可靠地监测输气管道流量与近起点压差的瞬变信号。（3）以Y-J站间输气管道为研究对象,用SPS软件建立其稳态与堵塞瞬态流动的物理模型,模拟分析该输气管道堵塞前后的稳态与瞬态流动特性,对比分析不同位置完全堵塞对该管道近端点及沿线压力与流量的影响,以及2.63 km处堵塞90%、80%和70%对近起点压力与流量的影响。结果表明,堵塞位置越靠近管道两端,则近端点的压力与流量变化越显著,且瞬变的反应时间越短。（4）基于输气管道堵塞前后流动过程的实验与数值模拟结果,分析输气管道完全堵塞上游管段压缩过程与下游管段膨胀过程;确定基于Y-J管道堵塞流量与近端点压差的TTts,建立相应堵塞位置L与TTts的图版与关系式,分析说明输气管道堵塞定位方法及其适用性。结果表明,堵塞定位的关键在于不同工况瞬变参数的实时监测及其TTts的确定,实验和数值模拟所得堵塞位置L与TTts曲线的变化趋势是一致的;基于实时监测TTts与数值模拟所建堵塞位置L～TTts图版,可确定堵塞位置,该方法适用于不同输气管道的堵塞定位,其前提条件是近端点压差与流量变化幅度必须在监测仪表的精度范围以内。