毕业设计华东成品油管道泄漏量及压降的计算.docx
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毕业设计华东成品油管道泄漏量及压降的计算
华东成品油管道泄漏量及压降的计算
（导师：
董荣国编写：
张一飞杨荣丁孙韬吴进）
摘要：
在十二五规划期间，我国又将建立多条成品油管道，这给我国成品油管道的发展带来了契机，同时，对成品油管道的安全运行也提出了更高的要求。
特别是“11.22”青岛东黄复线输油管线泄漏爆炸事故的发生，引发了人们对于成品油管道泄漏这一安全问题的高度重视和深度思考。
华东分公司，做为华东区最大的成品油物流中心，现有三条在运成品油管线（浙苏管线、苏南管线、苏北管道），华东成品油管网已初具规模，为了更好的应对管道泄漏事故，保护国有资产安全，迎合公司倡导的“平安管道”建设，本文主要对成品油管线泄漏量，以及泄漏所引起的漏点压降这一课题展开深入的研究。
关键词：
压力波漏点压降泄漏量
1、华东管网压力波传播速度的分析
1.1实际波速采集
在实际生产过程中，通过各种工况发生变化或调节阀调节下载流量而产生相应管段的压力波，利用泄漏检测软件对管线各站进出站压力数据的高精度采集，查找对应的压力特征突变点，来测算总结压力波传递速度。
1.1.1浙苏管线
1）柴油状态下：
表1.1
序号
陈山站
嘉兴站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
9:
07:
01
9:
07:
42
50.591
41
1.22
2
9:
09:
54
9:
10:
35
50.591
41
1.22
3
9:
27:
49
9:
28:
31
50.591
42
1.20
4
9:
32:
21
9:
34:
03
50.591
42
1.20
序号
嘉兴站
苏州站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
12:
58:
50
12:
59:
47
70.245
57
1.23
2
13:
00:
18
13:
01:
15
70.245
57
1.23
3
13:
02:
07
13:
03:
04
70.245
57
1.23
4
13:
04:
03
13:
05:
00
70.245
57
1.23
序号
嘉兴站
桐乡站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
4:
13:
19
4:
12:
37
51.613
42
1.23
2
4:
15:
02
4:
14:
20
51.613
42
1.23
3
4:
17:
29
4:
16:
47
51.613
42
1.23
4
4:
30:
08
4:
29:
26
51.613
42
1.23
序号
桐乡站
湖州站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
4:
14:
19
4:
14:
59
49.36
40
1.23
2
4:
16:
46
4:
17:
26
49.36
40
1.23
3
4:
29:
25
4:
30:
05
49.36
40
1.23
4
4:
33:
19
4:
33:
59
49.36
40
1.23
2）汽油状态下：
表1.2
序号
陈山站
嘉兴站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
20:
12:
20
20:
13:
07
50.591
47
1.07
2
20:
12:
45
20:
13:
32
50.591
47
1.07
3
20:
13:
48
20:
14:
35
50.591
47
1.07
4
20:
13:
32
20:
14:
18
50.591
47
1.07
序号
嘉兴站
苏州站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
4:
59:
26
4:
58:
21
70.245
65
1.08
2
5:
00:
54
5:
01:
59
70.245
65
1.08
3
5:
02:
43
5:
03:
48
70.245
65
1.08
4
5:
04:
39
5:
05:
44
70.245
65
1.08
序号
嘉兴站
桐乡站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
23:
26:
44
23:
25:
56
51.613
48
1.08
2
23:
26:
58
23:
26:
10
51.613
48
1.08
3
23:
30:
47
23:
29:
59
51.613
48
1.08
4
23:
31:
14
23:
30:
26
51.613
48
1.08
序号
桐乡站
湖州站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
21:
20:
23
21:
21:
09
49.36
45
1.09
2
21:
22:
03
21:
22:
49
49.36
46
1.07
3
21:
49:
05
21:
49:
51
49.36
46
1.07
4
22:
00:
01
22:
00:
47
49.36
45
1.09
1.1.2苏南管线
1）柴油状态下
表1.3
序号
南京站
镇江站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
9:
37:
22
9:
38:
31
83.54
69
1.21
2
9:
41:
50
9:
42:
59
83.54
69
1.21
3
9:
44:
39
9:
45:
48
83.54
69
1.21
4
9:
53:
35
9:
54:
44
83.54
69
1.21
序号
镇江站
常州站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
22:
32:
23
22:
33:
15
62.59
52
1.20
2
22:
38:
51
22:
39:
43
62.59
52
1.20
3
22:
41:
40
22:
42:
31
62.59
51
1.22
4
22:
51:
36
22:
52:
27
62.59
51
1.22
序号
常州站
江阴站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
17:
42:
06
17:
43:
10
78.29
64
1.22
2
17:
48:
34
17:
49:
39
78.29
65
1.20
3
17:
51:
23
17:
52:
28
78.29
65
1.20
4
18:
01:
19
18:
02:
23
78.29
64
1.22
序号
江阴站
无锡站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
17:
19:
35
17:
20:
28
65.17
53
1.23
2
17:
23:
03
17:
23:
56
65.17
53
1.23
3
17:
30:
52
17:
31:
45
65.17
53
1.23
4
17:
36:
48
17:
37:
41
65.17
53
1.23
序号
无锡站
苏州站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
2:
42:
07
2:
43:
10
77.18
63
1.23
2
2:
46:
35
2:
47:
38
77.18
63
1.23
3
2:
50:
24
2:
51:
27
77.18
63
1.23
4
2:
59:
20
3:
00:
23
77.18
63
1.23
2）汽油状态下
表1.4
序号
南京站
镇江站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
16:
07:
23
16:
08:
41
83.54
78
1.07
2
16:
21:
51
16:
23:
09
83.54
78
1.07
3
16:
44:
40
16:
45:
58
83.54
78
1.07
4
16:
53:
36
16:
54:
54
83.54
78
1.07
序号
镇江站
常州站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
15:
18:
45
15:
19:
44
62.59
59
1.06
2
15:
33:
13
15:
34:
11
62.59
58
1.08
3
15:
56:
02
15:
57:
01
62.59
59
1.06
4
16:
04:
58
16:
05:
56
62.59
58
1.08
序号
常州站
江阴站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
7:
55:
29
7:
56:
42
78.29
73
1.07
2
8:
09:
57
8:
11:
10
78.29
73
1.07
3
8:
32:
46
8:
33:
59
78.29
73
1.07
4
8:
41:
42
8:
42:
55
78.29
73
1.07
序号
江阴站
无锡站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
7:
47:
38
7:
48:
38
65.17
60
1.08
2
7:
56:
06
7:
57:
06
65.17
60
1.08
3
8:
16:
15
8:
17:
15
65.17
60
1.08
4
8:
21:
08
8:
22:
08
65.17
60
1.08
序号
无锡站
苏州站
间距（km）
时间差（s）
实际波速（km/s）
1
7:
20:
45
7:
21:
56
77.18
71
1.09
2
7:
26:
13
7:
27:
24
77.18
71
1.09
3
7:
41:
22
7:
42:
34
77.18
72
1.07
4
7:
56:
15
7:
57:
27
77.18
72
1.07
根据华东管网浙苏和苏南管道的实际数据，代入压力波速理论公式
进行计算，可以得到浙苏管线与苏南管线中不同管径管道的理论波速数据。
式中：
a—瞬变压力波速，m/s；k—液体体积弹性系数，Pa；ρ—液体密度，kg/m3；E—管材弹性模量，Pa；D—管径，m；e—管壁厚度，m；c1—管道约束系数；g—重力加速度，m/s2。
406mm管径管道中
输送汽油时的压力波速度：
20℃时，汽油K=9.16×108Pa，ρ=740kg/m³，D=（406.6－7.1－7.1）/1000=0.3922m，E（钢）=206.9×109Pa，e=0.0071m，c1=1－0.32。
波速a约为1006.23m/s。
输送柴油时的压力波速度：
20℃时，柴油K=12×108Pa，ρ=850kg/m³，D=（406.6－7.1－7.1）/1000=0.3922m，E（钢）=206.9×109Pa，e=0.0071m，c1=1－0.32。
波速a约为1045.50m/s。
323mm管径管道中
输送汽油时的压力波速度：
20℃时，汽油K=9.16×108Pa，ρ=740kg/m³，D=（323.9－6.4－6.4）/1000=0.3111m，E（钢）=206.9×109Pa，e=0.0064m，c1=1－0.32。
波速a约为1017.41m/s。
输送柴油时的压力波速度：
20℃时，柴油K=12×108Pa，ρ=850kg/m³，D=（323.9－6.4－6.4）/1000=0.3111m，E（钢）=206.9×109Pa，e=0.0064m，c1=1－0.32。
波速a约为1059.96m/s。
说明：
以上计算结果仅为根据理论公式算出的理论值，华东管网陈山至嘉兴段、南京至江阴均为406mm管径的管道，嘉兴至湖州、嘉兴至苏州，江阴至苏州则为323mm管径的管道，由于温度、油品密度、体积弹性系数等均为变化数据，因而这里选取的数据均为标准状态下理论数据值。
在实际生产过程中，通过各种工况发生变化或调节阀调节下载流量而产生相应管段的压力波，利用泄漏检测软件对管线各站进出站压力数据的高精度采集，查找对应的压力特征突变点，来测算总结压力波传递速度。
经分析浙苏管线与苏南管线的波速基本相同，区别在与管径大小及管道内输送的油品介质，归纳总结出华东管网管段波速数据：
表1.5
油品种类
406管径波速（km/s）
323管径波速（km/s）
汽油
1.07
1.08
柴油
1.21
1.23
将实际数据与理论计算数据进行比较，发现压力波的传播速度存在一定的差距，其主要原因是由于理论计算中所取的汽柴油密度与实际管道中油品的密度并不一致，两者密度之间的偏差是造成实际数据和理论计算结果有所差异的原因之一，同时温度对于液体的体积弹性系数也有影响，温度越高，液体的体积弹性系数减小，液体的密度减小，液体的可压缩性增大，压力波的传播速度减小，反之温度越低，压力波的传播速度则增大。
理论计算中所取的为标准环境20℃的油品体积弹性系数等相关系数，因而也是造成差异的原因之一。
同时压力仪表的精确度及时间计算的时间精度也是造成差异的原因之一。
但是通过大量的数据采集与整理，可以证明理论公式的普遍理论，即406mm管径管道的压力波速在相同介质的情况下略小于323mm管径管道的压力波速；在相同管径的管道中，柴油介质的压力波速较为明显的大于汽油介质的压力波速。
由于符合理论计算的对比结果，证明了华东管网压力波速经验值的真实可用性。
利用大量的数据统计，可确认华东管网的压力波速如表1.5所示，并可用于日后实际生产中的相关计算。
2、华东管网压力波衰减率的分析
2.1压力波衰减数据采集方式
针对压力波衰减的程度，目前在专业领域也还未有较为详细明确的理论公式，主要原因为影响压力波衰减的因素较多，相互影响的方式也较为复杂，且由于长输成品油管道无法进行高密度多频次的检测，同时也无法进行精确的多向实验，因而无法确定压力波在长输成品油管道中衰减程度的具体情况。
因而我们只能选取较为有代表性的管段进行大量的数据采集比对，来逐步判别影响压力波衰减的各项主要因素，并得出相应管段的压力波衰减率经验值。
利用华东管网上线的泄漏检测软件进行相应的测试数据采集，因为泄漏检测软件在进出站压力的数据采集上精度达到了0.0001MPa，高于SCADA系统采集的数据精度。
同样由于条件限制，只能采集到沿线各站的进出站压力，无法采集管道中压力的变化。
因此我们将调节某站调节阀开大下载来作为压力波发生的初始点，该站的进出站压力突变值视为压力波产生的自变初始值；在该站的上游站场或下游站场因该压力波传递站场而产生的进出站压力突变值视为压力波的因变值。
通过自变初始值与因变值的比对，并结合站场之间的距离得出该管段的压力波衰减率。
即：
自变初始值=调节前压力值-调节后压力值
因变值=（上游或下游站场）调节前压力值-（上游或下游站场）调节后压力值
压力波衰减值=自变初始值-因变值
压力波衰减率=压力波衰减值/压力传播距离/自变初始值*100（%/公里）
2.2数据采集汇总
2.2.1以浙苏管线中的嘉兴站至湖州站作为典型平原管道进行研究
将嘉兴站、湖州站视为上下游站场管段，而桐乡站视为产生水力瞬变的中间初始点，变化各种运行工况条件，利用嘉兴站、桐乡站的下载调节阀来模拟类似于管道泄漏或挖断等而产生水力瞬变的情况。
图2.1
如图2.1所示，在泄漏检测软件上查找对应压力特征点的变化值大小，通过改变各项条件来模拟压力波传递的各种情况，具体整理如下：
1）嘉兴站至湖州站全段为柴油时，分别调节嘉兴站、桐乡站的下载调节阀模拟产生压力波。
表2.1
序号
桐乡
嘉兴
管长/km
衰减值
/MPa
衰减率
%/km
压力初值/MPa
自变初始值/MPa
压力初值/MPa
因变值/MPa
1
1.2351
0.0413
3.2264
0.0063
51.613
0.0350
1.642%
2
1.2356
0.0373
3.2270
0.0058
51.613
0.0315
1.636%
3
1.2264
0.0384
3.2240
0.0059
51.613
0.0325
1.640%
4
1.6357
0.0652
5.1174
0.0095
51.613
0.0557
1.655%
5
1.6418
0.0771
5.1171
0.0110
51.613
0.0661
1.661%
6
1.6323
0.0739
5.1193
0.0100
51.613
0.0639
1.675%
7
2.0593
0.0224
5.3248
0.0033
51.613
0.0132
1.652%
8
2.1006
0.0212
5.3398
0.0030
51.613
0.0182
1.663%
9
2.1039
0.0216
5.3323
0.0031
51.613
0.0185
1.659%
根据表4.1可以分析得出，在同种介质中，相同的压力波传递方向时，管线的压力初值大小，及压力波的自变初始值大小均对压力波的衰减无重大影响，桐乡往嘉兴方向的衰减率约为1.65%/公里，即桐乡往嘉兴方向的压力波传递过程中，会每公里约衰减1.65%的压力波自变初始值。
表2.2
序号
嘉兴
桐乡
管长/km
衰减值
/MPa
衰减率
%/km
压力初值/MPa
自变初始值/MPa
压力初值/MPa
因变值/MPa
1
3.1886
0.0157
1.1253
0.0033
51.613
0.0124
1.530%
2
3.2259
0.0194
1.2405
0.0042
51.613
0.0152
1.518%
3
3.2378
0.0214
1.2417
0.0048
51.613
0.0166
1.503%
4
3.2243
0.0356
1.2346
0.0078
51.613
0.0278
1.513%
5
3.2297
0.0384
1.2375
0.0086
51.613
0.0298
1.504%
6
3.2311
0.0400
1.2331
0.0078
51.613
0.0322
1.560%
7
3.2343
0.041
1.2362
0.0094
51.613
0.0316
1.522%
8
3.2360
0.0423
1.2331
0.0088
51.613
0.0335
1.534%
根据表2.1与表2.2的分析得出，在同种介质中，压力波与油流方向相同时，压力波的衰减率约为1.52%/公里，与方向相反传递时相比，衰减率减小了约为0.13%/公里，差异几乎可以不计。
表2.3
序号
桐乡
湖州
管长/km
衰减值
/MPa
衰减率
%/km
压力初值/MPa
自变初始值/MPa
压力初值/MPa
因变值/MPa
1
1.2351
0.0413
0.1336
0.0091
49.36
0.0322
1.580%
2
1.2356
0.0415
0.1349
0.0091
49.36
0.0324
1.582%
3
1.2264
0.0384
0.1175
0.0080
49.36
0.0304
1.604%
4
1.6357
0.0653
0.2917
0.0146
49.36
0.0507
1.573%
5
1.6418
0.0771
0.2918
0.0186
49.36
0.0585
1.537%
6
1.6323
0.0739
0.2908
0.0153
49.36
0.0586
1.606%
根据表2.1与表2.3的分析对比得出，在同种介质中，相同的自变初始值，往上下游产生的压力波传递并衰减，桐乡往湖州方向的压力波的衰减率约为1.58%/公里，与反向传递（桐乡往嘉兴传递）相比，衰减率减小了约为0.07%/公里，差异较小几乎可以不计。
但可以发现当压力波传递与管道介质流向相同时的衰减率会小于压力波传递与流向相反时的衰减率。
因为当压力波传递方向与管道介质流向相反时，压力波的传递将要克服管道流向带来的阻力，损失掉相应的能量。
2.2.2嘉兴站至湖州站全段为汽油时，分别调节嘉兴站、桐乡站的下载调节阀模拟产生压力波。
表2.4
序号
桐乡
嘉兴
管长/km
衰减值
/MPa
衰减率
%/km
压力初值/MPa
自变初始值/MPa
压力初值/MPa
因变值/MPa
1
0.7444
0.0272
2.5247
0.0052
51.613
0.0220
1.567%
2
0.7599
0.0429
2.5302
0.0078
51.613
0.0351
1.585%
3
0.7616
0.0374
2.5317
0.0077
51.613
0.0297
1.539%
4
1.1384
0.0467
2.6395
0.0103
51.613
0.0364
1.510%
5
1.1353
0.0539
2.5910
0.0103
51.613
0.0436
1.567%
表2.5
序号
嘉兴
桐乡
管长/km
衰减值
/MPa
衰减率
%/km
压力初值/MPa
自变初始值/MPa
压力初值/MPa
因变值/MPa
1
2.7198
0.0418
0.7546
0.0092
51.613
0.0326
1.511%
2
2.7825
0.0454
0.7716
0.0098
51.613
0.0356
1.519%
3
2.7794
0.0441
0.7721
0.0099
51.613
0.0342
1.503%
综合对比表2.1、表2.2、表2.4和表2.5，在油品介质不同的情况下，首先往上游的衰减率始终是大于往下游的衰减率，同时柴油的衰减率要大于汽油的衰减率。
汽油状态下桐乡往嘉兴压力波传递的衰减率约为1.55%，嘉兴往桐乡压力波传递的衰减率约为1.51%。
2、以苏南管线中的镇江站至江阴站作为典型上下游泵站的情况进行研究
将镇江站、江阴站视为上下游站场管段，而常州站视为产生水力瞬变的中间初始点，变化各种运行工况条件，利用常州站的下载调节阀来模拟类似于管道泄漏或挖断等而产生水力瞬变的情况。
1）上游启泵对压力波衰减的影响
当镇江站不启泵时，突然开大常州站下载阀，模拟常州泄漏：
表2.6
序号
镇江
常州
管长/km
衰减值
/MPa
衰减率
%/km
压力初值/MPa
因变值/MPa
压力初值/MPa
自变初始值/MPa
1
1.8400
0.0119
0.9003
0.0363
62.59
0.0244
1.074%
2
1.8413
0.0135
0.8986
0.0369
62.59
0.0234
1.013%
3
1.8616
0.0120
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