一种液体管道泄漏量的计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种液体管道泄漏量的计算方法及装置，将实际中的泄漏孔口等效为一个圆形孔口，结合特征线方程和孔口出流计算公式，建立管道泄漏模型，定量表征管道泄漏边界，将迭代计算出来的模型输出压力流量数据与实际采集的实时压力流量数据进行对比，如果两者相差满足精度条件，那么认为当前迭代孔径就为实际泄漏孔径，进而可模拟计算出全线的压力流量和泄漏速度随时间的变化，进而实时预测总泄漏量。本发明专利技术的液体管道泄漏量的计算方法，在未知泄漏孔口直径的情况，就可以进行泄漏量的实时计算，并且，相对于统计学方法和间接估算方法，本发明专利技术计算结果的可行度更高。

A method and device for calculating leakage of liquid pipe

The invention provides a method and a device for computing the leakage of a liquid pipeline, the actual leakage in the orifice is equivalent to a circular hole, combined with the characteristic line equation and orifice flow formula, a pipeline leakage model, quantitative characterization of pipeline leakage boundary, the comparison of real-time pressure flow data will be calculated by iterative model output pressure the flow of data and the actual acquisition, if the difference between the two conditions satisfy the precision, so that the current iteration for the actual leak aperture aperture, then calculate the pressure flow across the board and the leakage velocity changes with time, and the real-time prediction of the total leakage. The calculation method of the leakage rate of the liquid pipeline in the invention can carry out the real-time calculation of the leakage amount under the condition of the diameter of the unknown leakage orifice, and compared with the statistical method and the indirect estimation method, the calculation result of the invention is more feasible.

【技术实现步骤摘要】
一种液体管道泄漏量的计算方法及装置
本专利技术涉及管道泄漏检测领域，尤其涉及一种液体管道泄漏量的计算方法及装置。
技术介绍
管道腐蚀、自然破坏、人为破坏以及管道自身缺陷等因素均可能突然导致管道发生泄漏。化工园区液体管道输送的介质一般为易燃、易爆、剧毒性等危险化学品。因此一旦发生泄漏，不仅会直接对化工园区的经济造成较大的损失，而且会发生火灾、爆炸、中毒、环境污染等重大次生灾害。经调研，80％以上的化工装置泄漏都发生在化学品输送管道上。由于管道泄漏危险区域的确定与泄漏量有直接的关系，所以研究管道的失效后果时，必须要首先确定流体的泄漏速率和泄漏量，才能选用相应的扩散模型进行浓度预测和失效后果估算。因此，准确地计算出泄漏速率和泄漏量是模拟泄漏扩散的必要条件，同时可以为事故的后果处理提供信息，避免二次事故的发生，减少泄漏事故补救过程中产生的经济及人员安全损失。目前有关于液体管道泄漏量计算方法较少，主要有稳态泄漏计算、数值模拟、实验分析、统计学分析、事后间接估计等，能够在工程实际上得到应用的就更少了。其中，绝大多数研究都是建立在已知泄漏孔口形状和大小的基础上，进而利用孔口出流计算公式展开泄漏量计算，但是，在实际中，当管道发生泄漏时，尤其是输送化学危险品的管道，很难在第一时间得到泄漏孔口形状和大小，所以通过现有计算方法计算泄漏速率以及泄漏量会产生较大误差，甚至得出错误数据。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种液体管道泄漏量的计算方法及装置，以准确地计算出泄漏速率和泄漏量。为了达到上述目的，本专利技术的液体管道泄漏量的计算方法，包括：获取管道基础参数、实时压力流量数据，建立管道未泄漏模型，并通过管道未泄漏模型确定全线压力流量；设定泄漏孔直径d的初始值、泄漏总时间T，并根据管道基础参数，确定泄漏速率计算式q(i)；根据管道的基础参数、泄漏速率计算式q(i)以及上下游流量关系，建立管道泄漏模型；根据全线压力流量、管道泄漏模型以及管道基础参数中的管道边界条件，计算在设定时刻的模型输出压力流量数据，设定时刻为泄漏产生的负压波到达后的一时刻；根据设定时刻的模型输出压力流量数据与设定时刻的实时压力流量数据，判断是否满足收敛条件，若满足收敛条件，则将泄漏孔直径d的初始值作为实际泄漏孔径，若不满足收敛条件，则更新泄漏孔直径d的大小重新计算设定时刻的模型输出压力流量数据，直至满足收敛条件，并将更新后的泄漏孔直径d作为实际泄漏孔径；根据实际泄漏孔径，计算液体管道泄漏量。为了达到上述目的，本专利技术还提出了一种液体管道泄漏量的计算装置，包括：未泄漏模型建立模块，用于获取管道基础参数、实时压力流量数据，建立管道未泄漏模型，并通过管道未泄漏模型确定全线压力流量；泄漏速率q(i)确定模块，用于设定泄漏孔直径d的初始值、泄漏总时间T，并根据管道基础参数，确定泄漏速率计算式q(i)；泄漏模型建立模块，用于根据管道的基础参数、泄漏速率计算式q(i)以及上下游流量关系，建立管道泄漏模型；压力流量计算模块，用于根据全线压力流量、管道泄漏模型以及管道基础参数中的管道边界条件，计算在设定时刻的模型输出压力流量数据，设定时刻为泄漏产生的负压波到达后的一时刻；实际泄漏孔径确定模块，用于根据设定时刻的模型输出压力流量数据与设定时刻的实时压力流量数据，判断是否满足收敛条件，若满足收敛条件，则将泄漏孔直径d的初始值作为实际泄漏孔径，若不满足收敛条件，则更新泄漏孔直径d的大小重新计算设定时刻的模型输出压力流量数据，直至满足收敛条件，并将更新后的泄漏孔直径d作为实际泄漏孔径；液体管道泄漏量计算模块，用于根据实际泄漏孔径，计算液体管道泄漏量。本专利技术的有益效果在于，通过本专利技术的液体管道泄漏量的计算方法及装置，在未知泄漏孔口直径的情况，只需要分别采集管道首端、末端的压力、流量这4个参数中的其中2个，就可以进行泄漏量的计算，适用性广泛，解决了因管道采集仪表数目少而无法计算泄漏量的问题，并且，相对于统计学和间接估算的方法，本专利技术计算结果的可行度更高，对无法在第一时间得知泄漏孔大小的泄漏事故抢救和处理具有重要的意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的液体管道泄漏量的计算方法的步骤示意图。图2为本专利技术的液体管道泄漏量的计算方法的结构示意图具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域相关技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护的范围。图1为本专利技术的液体管道泄漏量的计算方法的步骤示意图，如图1所示，本专利技术的液体管道泄漏量的计算方法包括：S100，获取管道基础参数、实时压力流量数据，建立管道未泄漏模型，并通过管道未泄漏模型确定全线压力流量；S200，设定泄漏孔直径d的初始值、泄漏总时间T，并根据管道基础参数，确定泄漏速率计算式q(i)；S300，根据管道的基础参数、泄漏速率计算式q(i)以及上下游流量关系，建立管道泄漏模型；S400，根据全线压力流量、管道泄漏模型以及管道基础参数中的管道边界条件，计算在设定时刻的模型输出压力流量数据，设定时刻为泄漏产生的负压波到达后的一时刻；S500，根据设定时刻的模型输出压力流量数据与设定时刻的实时压力流量数据，判断是否满足收敛条件，若满足收敛条件，则将泄漏孔直径d的初始值作为实际泄漏孔径，若不满足收敛条件，则更新泄漏孔直径d的大小重新计算设定时刻的模型输出压力流量数据，直至满足收敛条件，并将更新后的泄漏孔直径d作为实际泄漏孔径；S600，根据实际泄漏孔径，计算液体管道泄漏量。本实施例的液体管道泄漏量的计算方法，将实际中的泄漏孔口等效为一个圆形孔口，通过假设一个初始的泄漏孔径，结合特征线方程和孔口出流计算公式，建立管道泄漏模型，定量表征液体管道泄漏边界，将泄漏孔直径d的当前孔径迭代计算出来的模型输出压力流量数据与同一时刻的实际采集的实时压力流量数据进行对比，如果两者相差满足精度条件，那么认为当前迭代孔径就为实际泄漏孔径，进而可模拟计算出全线的压力流量和泄漏速度随时间的变化，进而可利用此算法实时预测总泄漏量。需要说明的是，实际的泄漏孔口可能不止一个，但将泄漏孔口等效为一个圆形孔口，可以满足并简化其后续的计算总泄漏量的计算要求。在具体实施时，在步骤S100中，获取管道基础参数、实时压力流量数据，建立管道未泄漏模型，并通过管道未泄漏模型确定全线压力流量。其中，管道基础参数包括：管长L、直径D、壁厚e、管材弹性模量E、管道沿线高程h、管道首末端边界条件、泄漏点距管道起点的距离L1等。实时压力流量数据包括：实时管道首端压力数据P1、实时管道末端压力数据P2、实时管道首端流量数据Q1、实时管道末端流量数据Q2。需要在此说明的是，实施过程中，采集P1、P2、Q1、Q2其中的至少两个就可以通过达西公式计算出其余数据，但仅采集Q1、Q2这种组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体管道泄漏量的计算方法，其特征在于，包括：获取管道基础参数、实时压力流量数据，建立管道未泄漏模型，并通过所述管道未泄漏模型确定全线压力流量；设定泄漏孔直径d的初始值、泄漏总时间T，并根据所述管道基础参数，确定泄漏速率计算式q(i)；根据所述管道的基础参数、泄漏速率计算式q(i)以及上下游流量关系，建立管道泄漏模型；根据所述全线压力流量、管道泄漏模型以及管道基础参数中的管道边界条件，计算在设定时刻的模型输出压力流量数据，所述设定时刻为泄漏产生的负压波到达后的一时刻；根据所述设定时刻的模型输出压力流量数据与所述设定时刻的实时压力流量数据，判断是否满足收敛条件，若满足所述收敛条件，则将泄漏孔直径d的初始值作为实际泄漏孔径，若不满足所述收敛条件，则更新所述泄漏孔直径d的大小重新计算所述设定时刻的模型输出压力流量数据，直至满足所述收敛条件，并将更新后的泄漏孔直径d作为实际泄漏孔径；根据所述实际泄漏孔径，计算液体管道泄漏量。

【技术特征摘要】
1.一种液体管道泄漏量的计算方法，其特征在于，包括：获取管道基础参数、实时压力流量数据，建立管道未泄漏模型，并通过所述管道未泄漏模型确定全线压力流量；设定泄漏孔直径d的初始值、泄漏总时间T，并根据所述管道基础参数，确定泄漏速率计算式q(i)；根据所述管道的基础参数、泄漏速率计算式q(i)以及上下游流量关系，建立管道泄漏模型；根据所述全线压力流量、管道泄漏模型以及管道基础参数中的管道边界条件，计算在设定时刻的模型输出压力流量数据，所述设定时刻为泄漏产生的负压波到达后的一时刻；根据所述设定时刻的模型输出压力流量数据与所述设定时刻的实时压力流量数据，判断是否满足收敛条件，若满足所述收敛条件，则将泄漏孔直径d的初始值作为实际泄漏孔径，若不满足所述收敛条件，则更新所述泄漏孔直径d的大小重新计算所述设定时刻的模型输出压力流量数据，直至满足所述收敛条件，并将更新后的泄漏孔直径d作为实际泄漏孔径；根据所述实际泄漏孔径，计算液体管道泄漏量。2.根据权利要求1所述的液体管道泄漏量的计算方法，其特征在于，所述根据所述管道未泄漏模型，确定全线压力流量的公式为：其中：Hx为全线压力流量，即管道中距离起点距离Lx处的水头，单位为m；Lx为所述管道基础参数中的距离管道起点的距离，单位为m；H1为管道起点的水头，单位为m，其为通过所述实时压力流量数据计算得到；v为所述实时压力流量数据中的液体流速，单位为m/s；g为重力加速度；f为水力摩阻系数，该式中：Re为雷诺数，无量纲；D为所述管道基础参数的直径，单位为m；η为液体黏度，单位为m2/s。3.根据权利要求1所述的液体管道泄漏量的计算方法，其特征在于，所述泄漏速率计算式q(i)为：其中：CV为泄漏系数，取0.65；Aleak为泄漏孔口的面积，单位为m2；g为重力加速度；H0为大气压所换算的水头，单位为m；Hp为泄漏点P的水头，单位为m。4.根据权利要求1所述的液体管道泄漏量的计算方法，其特征在于，所述管道泄漏模型包括：所述泄漏速率计算式q(i)，特征线方程，上下游流量关系，QP'＝QP+q(i)；其中：CV为泄漏系数，取0.65；Aleak为泄漏孔口的面积，单位为m2；g为重力加速度；H0为大气压所换算的水头，单位为m；Hp为泄漏点P的水头，单位为m；QP'、QP分别为泄漏点P的上游传播流量、下游传播流量；HA、QA、xA分别为泄漏点P的上游的点A的压力、流量、位置数据；HB、QB、xB分别为泄漏点P的下游的点B的压力、流量、位置数据；该式中：a为压力波速计算式，K为液体的体积弹性系数，单位为Pa；ρ为液体密度，单位为kg/m3；E为管材弹性模量，单位为Pa；D为所述管道基础参数的直径，单位为m；e为所述管道基础参数的壁厚，单位为m；C1为修正系数；A为所述管道基础参数的横截面积，单位为m2；摩阻项摩阻项R为特征线参数，R＝f·Δx/(2gDA2)，该式中：Δx为单位空间步长；f为水力摩阻系数；f为水力摩阻系数，该式中：C+中，C-中，Q(i)为第i时刻的流量，QA(i-1)为第i-1时刻时通过所述点A的流量，QB(i-1)为第i-1时刻时通过所述点B的流量，QP(i-1)为第i-1时刻时通过所述泄漏点P的流量。5.根据权利要求1所述的液体管道泄漏量的计算方法，其特征在于，所述收敛条件包括：|H1j(i)-H1(i)|/H1(i)≤ε；|Q1j(i)-Q1(i)|/Q1(i)≤ε；|H2j(i)-H2(i)|/H2(i)≤ε；|Q2j(i)-Q2(i)|/Q2(i)≤ε；其中：ε为设定的收敛范围；H...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢晓凯，王炜硕，陈潜，张月，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11