一种基于压力波法的输油管道结蜡量测定方法技术

一种基于压力波法的输油管道结蜡量测定方法，属于流体力学研究技术领域。当管道中的流体充分发展，流态达到紊态后，在t时刻快速关闭管道下游的阀门在管道中产生瞬变流动，在t+Δt时刻水击波传播到结蜡段右边缘发生反射；以结蜡段右边缘处的入射波和反射波为研究对象，得到瞬态时入射波ΔHW和反射波ΔHF的大小即可求出结蜡面积的大小。本发明专利技术的优点是：从理论上进一步研究用压力波法确定堵塞量的方法，实现用压力波法对结蜡量进行辨识，该方法可有效检测结蜡量，为管理者进行排堵作业提供有意义的指导信息，大大减少排堵工作中的人力、物力损失和堵塞所造成的经济损失，对检测管道堵塞问题具有实际意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压力波法的输油管道结蜡量测定方法
本专利技术属于流体力学研究
，具体涉及一种基于压力波法的输油管道结蜡量测定方法。
技术介绍
通常所说的“结蜡”实际上是指管道内壁上沉积了某一厚度的石蜡、胶质、凝油、砂和其他机械杂质的混合物。由于管道结蜡，使管道内径变小，管道沿程摩擦阻力增加，输送能力下降。为了确保管道的输送能力，管道要定期进行清管，而结蜡量的大小对制定清管周期起着决定作用。限于目前的测量技术，还没有比较完善的描述管道内壁结蜡的公式，若结蜡量未知，清管时可能会造成不必要的资源浪费。因此，一种能够检测结蜡量大小的技术亟需研发并投入使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前没有一种有效检测结腊量的方法，进而清管时有可能造成不必要资源浪费的问题，提供一种基于压力波法的输油管道结蜡量测定方法，该方法有效、实用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于压力波法的输油管道结蜡量测定方法，所述方法具体如下：当管道中的流体充分发展，流态达到紊态后，在t时刻快速关闭管道下游的阀门，阀门开启或关闭用时不大于0.15s，压力波波速a＝1000m/s，则阀门距离结蜡段的距离L应满足：2L/a<t，故L距离堵塞段的距离应小于75m；在管道中产生瞬变流动，在t+Δt时刻水击波传播到结蜡段右边缘发生反射；以结蜡段右边缘处的入射波和反射波为研究对象，并忽略变径引起的局部阻力损失；沿着特征线基于特征线法列出相应的相容性方程；Hj＝H0-B1(Qj-Q0)(1)Hj＝HW+B2(Qj-QW)(2)HW＝H0-B2(QW-Q0)(3)上式中，Hj为堵塞位置处的振幅，m；H0为阀门局部阻力损失，m；Qj为堵塞位置处的流量，m3/s；Q0为流动达到紊态时的流量，m3/s；HW为入射波的振幅，m；QW为堵塞位置后的流量，m3/s；B为计算常数，其中，a为压力波波速，g为重力加速度，A分别取A1，A2，得到B1，B2，A1为管道堵塞段的横截面积，m2；A2为其他管段的横截面积，m2；则总反射波的振幅ΔHR、反射波的振幅ΔHF、透射波的振幅ΔHT和总入射波的振幅ΔHW的大小分别为：ΔHR＝Hj-H0，ΔHF＝Hj-Hw，ΔHT＝Hj-H0，ΔHW＝HW-H0，在此特征线情况下，ΔHR和ΔHT的计算公式相同；式(1)～式(3)整理得：(B1+B2)Qj＝H0-HW+B2QW+B1Q0(4)由式(3)得，将式(6)带入式(5)得：又因为式(7)代入式(8)中得，又因为则(9)式可整理为：上式(10)中，A1为管道堵塞段的横截面积，m2；A2为其他管段的横截面积，m2；根据该式中总入射波的振幅ΔHW和反射波的振幅ΔHF的大小即可求出管道堵塞段的横截面积A1，进而求出堵塞面积的大小。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：本专利技术从理论上进一步研究用压力波法确定结蜡堵塞量的方法，实现用压力波法对结蜡量进行辨识，该方法可有效检测结蜡量，为管理者进行排堵作业提供有意义的指导信息，大大减少排堵工作中的人力、物力损失和堵塞所造成的经济损失，对检测管道堵塞问题具有实际意义。附图说明图1为本专利技术检测结蜡量大小原理图；图2为本专利技术结蜡量检测装置示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围之中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种基于压力波法的输油管道结蜡量测定方法，所述方法具体如下：当管道中的流体充分发展，流态达到紊态后，在t时刻快速关闭管道下游的阀门，阀门开启或关闭用时不大于0.15s，压力波波速a＝1000m/s，则阀门距离结蜡段的距离L应满足：2L/a＞t，故L距离堵塞段的距离应大于75m；在管道中产生瞬变流动，在t+Δt时刻水击波传播到结蜡段右边缘发生反射；图1展示了结蜡段右端的波传递情况。管道结蜡段的横截面积为A1，其他管段的横截面积为A2，流动达到紊态时的流量是Q0。t时刻在管道末端快速关阀产生瞬变，在t+Δt时刻水击波传播到结蜡段右边缘发生反射。在推导过程中以结蜡段右边缘处的入射波和反射波为研究对象，并忽略变径引起的局部阻力损失；沿着特征线基于特征线法列出相应的相容性方程；Hj＝H0-B1(Qj-Q0)(1)Hj＝HW+B2(Qj-QW)(2)HW＝H0-B2(QW-Q0)(3)上式中，Hj为堵塞位置处的振幅，m；H0为阀门局部阻力损失，m；Qj为堵塞位置处的流量，m3/s；Q0为流动达到紊态时的流量，m3/s；HW为入射波的振幅，m；QW为堵塞位置后的流量，m3/s；B为计算常数，其中，a为压力波波速，g为重力加速度，A分别取A1，A2，得到B1，B2，A1为管道堵塞段的横截面积，m2；A2为其他管段的横截面积，m2；则总反射波的振幅ΔHR、反射波的振幅ΔHF、透射波的振幅ΔHT和总入射波的振幅ΔHW的大小分别为：ΔHR＝Hj-H0，ΔHF＝Hj-Hw，ΔHT＝Hj-H0，ΔHW＝HW-H0，在此特征线情况下，ΔHR和ΔHT的计算公式相同；式(1)～式(3)整理得：(B1+B2)Qj＝H0-HW+B2QW+B1Q0(4)由式(3)得，将式(6)带入式(5)得：又因为式(7)代入式(8)中得，又因为则(9)式可整理为：上式(10)中，A1为管道堵塞段的横截面积，m2；A2为其他管段的横截面积，m2；根据该式中总入射波的振幅ΔHW和反射波的振幅ΔHF的大小即可求出管道堵塞段的横截面积A1，进而求出堵塞面积的大小，并且结蜡面积的大小与初始紊态时的条件无关。图2所示为结蜡量检测装置示意图。本装置通过快速开关阀门产生激励，在检测点检测压力波，(检测方法与SCADA(数据采集与监控系统为现有技术)系统相结合，并且管线有多个装置阀门的点，因此可设置多个检测点进行检测)，并将检测信号传回控制系统。本装置的控制系统包括计算机和显示器。计算机用于接受信号，进行计算，显示器用于显示计算结果。确定最佳清管周期。由结蜡量面积公式在测得某段管路的堵塞面积A1，同时也就确定了管路的当量结蜡厚度δdL,因此管径由原来的D0减小为D0-2δdL，引起摩阻增加，流量减少。根据经验和研究表明，本实施确定当管径减小到原管径的1/7时进行清管，此时的清管周期是为最佳清管周期。本专利技术的输油管道检测技术包括输油管道结蜡模型，结蜡量确定方法，结蜡量检测装置，最佳清管周期确定方法。本专利技术在研究压力波在管道中传播规律的基础上，对传统的压力波法进行进一步研究，从理论上计算了结蜡量与压力突变量之间的具体关系式。可以看出，压力波法仅通过第一个瞬变压力波出现突变的时刻和突变量就可以对结蜡问题进行辨识，并且只需要对管道内流体的压力进行检测，简单易行且精度较高，并能够根据计算得出的结蜡量确定最佳清管周期，一定程度上减少了由清管所带来的损失。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压力波法的输油管道结蜡量测定方法，其特征在于：所述方法具体如下：当管道中的流体充分发展，流态达到紊态后，在t时刻快速关闭管道下游的阀门，阀门开启或关闭用时不大于0.15s，压力波波速a＝1000m/s，则阀门距离结蜡段的距离L应满足：2L/a＞t，故L距离堵塞段的距离应大于75m；在管道中产生瞬变流动，在t+Δt时刻水击波传播到结蜡段右边缘发生反射；以结蜡段右边缘处的入射波和反射波为研究对象，并忽略变径引起的局部阻力损失；沿着特征线基于特征线法列出相应的相容性方程；Hj＝H0‑B1(Qj‑Q0)   (1)Hj＝HW+B2(Qj‑QW)   (2)HW＝H0‑B2(QW‑Q0)   (3)上式中，Hj为堵塞位置处的振幅，m；H0为阀门局部阻力损失，m；Qj为堵塞位置处的流量，m

【技术特征摘要】
1.一种基于压力波法的输油管道结蜡量测定方法，其特征在于：所述方法具体如下：当管道中的流体充分发展，流态达到紊态后，在t时刻快速关闭管道下游的阀门，阀门开启或关闭用时不大于0.15s，压力波波速a＝1000m/s，则阀门距离结蜡段的距离L应满足：2L/a＞t，故L距离堵塞段的距离应大于75m；在管道中产生瞬变流动，在t+Δt时刻水击波传播到结蜡段右边缘发生反射；以结蜡段右边缘处的入射波和反射波为研究对象，并忽略变径引起的局部阻力损失；沿着特征线基于特征线法列出相应的相容性方程；Hj＝H0-B1(Qj-Q0)(1)Hj＝HW+B2(Qj-QW)(2)HW＝H0-B2(QW-Q0)(3)上式中，Hj为堵塞位置处的振幅，m；H0为阀门局部阻力损失，m；Qj为堵塞位置处的流量，m3/s；Q0为流动达到紊态时的流量，m3/s；HW为入射波的振幅，m；QW为堵塞位置后的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐莹，侯庆民，丁泽，刘磊，杨凯然，韩旭，谷洪秀，张雨，于晓晨，
申请(专利权)人：哈尔滨商业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23