本发明专利技术公开了一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法。现有计算方法移植性差且求解困难。本方法可根据天然气管道悬索跨越结构的基础参数，通过代数运算快速获得其清管过程中的位移，解决了上述问题。其步骤是：收集天然气管道悬索跨越结构及其清管预案的基础数据；根据基础数据计算等效跨长系数、弗劳德数以及跨越管道特殊位置处的等效位移长度；根据插值公式计算任意位置处的等效位移长度；将等效位移长度代入位移曲线计算公式中，得到清管过程中管道不同位置处的位移随时间变化的关系式。本发明专利技术计算方法简便，计算结果能表达不同时间不同位置处跨越管道的位移量，为天然气管道悬索跨越结构清管安全评价提供了管治依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天然气输送管道的设计与安全保障领域，尤其涉及一种天然气管道悬 索跨越结构清管过程中的位移计算方法。
技术介绍
管道跨越结构是一种将输送管道从天然或人工障碍物上部架空通过的建设工程， 一般由管道、塔架、缆索以及可能存在的加劲梁构成。近年来天然气管道建设工程快速发 展，我国已相继建成投产了大量的跨度超过200m的悬索跨越结构，例如川气东送野三河悬 索跨越、中緬管道怒江、澜沧江悬索跨越等。 新建成的天然气管道在投产前和日常运行过程中都需要进行清管，以清除管道中 的积水、污物、杂质等，保障管道的输送能力。在此过程中，清管器推动管内积水不断聚集形 成液弹。随着清管器运行速度及地形起伏的变化，清管器前方液弹区的流型、持液率会不断 的发生变化，对管道和弯头形成冲击，使得清管过程中管道的载荷与正常运行时存在很大 的区别。对于埋地管道而言，土壤的嵌固作用可以很好的限制管道的位移。然而悬索管道 跨越结构的主要承力部件是缆索，具有相当大的柔性，在动态变化的清管载荷作用下，极易 诱发强烈的位移和振动。例如四川南广河管道跨越结构在清管时，管道的最大位移就达到 了 2m。如此强烈的振动和位移轻则引起跨越结构的变形，重则引起结构失稳、破坏，甚至整 个跨越结构的坍塌，造成天然气的泄漏，甚至引发爆炸事故。不仅造成严重的经济损失，还 会危害人民的生命财产安全。 由于清管载荷条件下的强振动和大位移现象是由悬索跨越的结构形式所引入的 管道安全问题，在采用其它敷设方式的管道中很少出现。虽然段银龙等国内学者对相关问 题进行了研究，但研究成果多基于有限元方法，其模型不具有可移植性，不能在不同的悬索 跨越结构之间推广，且求解困难耗时较长也不便于现场使用。因此目前，尚未有成熟的技术 或计算方法被天然气管道跨越结构的相关标准，如GB 50459-2009《油气输送管道跨越工程 设计规范》所采纳，也难以对悬索跨越结构的清管安全性进行评估。 综上所述，天然气管道悬索跨越结构在清管过程中的大位移是其面临的重大安全 威胁，然而目前，尚没有合理的计算方法和技术对该位移进行评估，也就难以实现对悬索跨 越结构清管安全性的评价，在管道的生产运行中存在缺陷。
技术实现思路
本专利技术提供了，以解决 现有技术中的各种缺陷和不足，本专利技术采取的技术方案如下： 提供，该方法包括以下 步骤： 步骤一，根据天然气管道设计资料、清管运行方案以及现场踏勘，收集天然气管道 悬索跨越结构的跨长、跨越管道的外直径、清管器到达跨越结构起始点时的速度、清管器到 达跨越结构起始点时其前端的液柱长度及该液柱的平均持液率； 步骤二，根据基础数据计算等效跨长系数、弗劳德数以及跨越管道在1/4跨、1/2 跨和3/4跨处的等效位移长度，具体实现步骤为： (1)等效跨长系数： 式中[--等效跨长系数，无量纲； Ls--清管器前液弹长度，m ; Lp--跨越结构长度，m ; Hj--液弹区的平均持液率，无量纲。 ⑵弗劳德数： 式中Fr--弗劳德数，无量纲； vp一一清管器运行速度，m/s ; d--管道外径，m; g--重力加速度，取9. 8m/s2。 (3) 1/4跨、1/2跨和3/4跨处的等效位移长度： 式中I一一距跨越结构起始位置X处的等效位移长度，此处，X仅可取1/4跨长、 1/2跨长和3/4跨长，无量纲； 4一一等效跨长系数，无量纲； Fr--弗劳德数，无量纲； Ρρ p2、p3、p4、p5--计算参数，取值见表1，无量纲。 表1等效位移长度计算公式中的各参数取值 步骤三，根据插值公式计算管道任意位置处的等效位移长度，具体实现步骤为： (1)跨头至1/2跨间任意位置处的管道： 式中氣一一距跨越结构起始位置X处的等效位移长度，无量纲； X--计算位置与跨越结构起始点间的距离，m ; 化14、圮一一1/4跨和1/2跨处的等效位移长度，无量纲； Lp--跨越结构长度，m。 (2) 1/2跨至跨尾间任意位置处的管道： 式中4一一距跨越结构起始位置X处的等效位移长度，无量纲； X--计算位置与跨越结构起始点间的距离，m ; ^ um--1/2跨和3/4跨处的等效位移长度，无量纲； Lp--跨越结构长度，m。 步骤四，将计算得到的等效位移长度代入到天然气管道悬索跨越结构清管过程的 位移曲线计算公式中，得到清管过程中管道不同位置处的位移随时间变化的关系式，该关 系式如下所示： 式中utx--距跨越结构起始位置X处在t时刻的位移，m ; %一一距跨越结构起始位置X处的等效位移长度，无量纲； u。--初始位移幅值，无特殊说明时均为0, m ; X--计算位置与跨越结构起始点间的距离，m ; Ls--清管器前液弹长度，m ; t一一清管持续时间，s; vp一一清管器运行速度，m/s。 本专利技术提供的天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法，是以天然气 管道悬索跨越结构的设计参数为基础，结合清管运行方案以及实验数据所推导出的一种计 算天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移量的新方法。该方法克服了有限元模型移植 性差、求解困难的缺点，解决了目前尚未有成熟技术和计算方法对悬索跨越结构清管位移 进行评估的问题。本专利技术的计算流程清晰、公式简便，计算结果能表达不同时间不同位置处 跨越管道的变形量，为天然气管道悬索跨越结构清管安全性评价提供了管治依据。【附图说明】 图1天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法流程图； 图2由本方法计算的某天然气管道悬索跨越结构清管过程中管道位移变化曲线 图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于 限定本专利技术。 本专利技术提供，该方法包 括以下步骤：步骤一，收集天然气管道悬索跨越结构及其清管预案的基础数据； 步骤二，根据基础数据计算等效跨长系数、弗劳德数以及跨越管道在1/4跨、1/2 跨和3/4跨处的等效位移长度； 步骤三，根据插值公式计算管道任意位置处的等效位移长度； 步骤四，将计算得到的等效位移长度代入到天然气管道悬索跨越结构清管过程的 位移曲线计算公式中，得到清管过程中管道不同位置处的位移随时间变化的关系式。 在步骤一中，需要收集的基础参数包括天然气管道悬索跨越结构的跨长、跨越管 道的外直径、清管器到达跨越结构起始点时的速度、清管器到达跨越结构起始点时其前端 的液柱长度及该液柱的平均持液率； 在步骤二中，需要计算的各参数公式如下： (1)等效跨长系数： 式中4--等效跨长系数，无量纲； Ls--清管器前液弹长度，m ; Lp--跨越结构长度，m ; Hj--液弹区的平均持液率，无量纲。 (2)弗劳德数： 式中Fr--弗劳德数，无量纲； vp一一清管器运行速度，m/当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移曲线计算方法，包括以下步骤：步骤一，根据天然气管道设计资料、清管运行方案以及现场踏勘，收集天然气管道悬索跨越结构的跨长、管道的管径、清管器运行速度等基础数据；步骤二，根据基础数据计算等效跨长系数、弗劳德数以及跨越管道在1/4跨、1/2跨和3/4跨处的等效位移长度；步骤三，根据插值公式计算管道任意位置处的等效位移长度；步骤四，将计算得到的等效位移长度代入到天然气管道悬索跨越结构清管过程的位移曲线计算公式中，得到清管过程中管道不同位置处的位移随时间变化的关系式。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴瑕，李长俊，贾文龙，李卓然，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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