液相管道流量与压力对小孔泄漏速率的影响初探

发表时间:2018/9/17   来源:《基层建设》2018年第22期   作者:顾春芳
[导读] 摘要:在泄漏速率计算过程中,主要以泄漏量计算及泄漏风险评估为基础,利用液相管道小孔泄漏实验系统的搭建,构建出各种泄漏场景。

        华亮建设集团股份有限公司  200232
        摘要:在泄漏速率计算过程中,主要以泄漏量计算及泄漏风险评估为基础,利用液相管道小孔泄漏实验系统的搭建,构建出各种泄漏场景。本文根据以往工作经验济实验数据,对液相管道流量与压力对小孔泄漏速率的实验研究方法进行总结,并从控制方程及计算方法、模型与网格划分、仿真结果及分析三方面,论述了液相小孔管道泄露数值仿真研究。
        关键词:液相管道流量;小孔泄漏速率;网格规划
        前言:随着石油运输管道建设规模的不断扩大,管壁的腐蚀现象也越来越严重,再加上第三方的破坏,管道破裂时间时有发生。在此过程中,管道腐蚀是导致小孔泄漏的主要原因之一,而泄漏速率的计算可以对风险进行全面评价,为此,国内外学者对泄漏速率的计算方式进行了深入研究,利用泄漏源形式,建立起不同模式下的泄漏源强化模型,避免大范围泄漏事件的出现。
        1.液相管道流量与压力对小孔泄漏速率的实验研究方法
        1.1实验系统
        该实验系统主要由存储罐、缓冲罐、电磁阀等系统组成,存储在储存罐中的液体经过高压之后会进入到高压柱塞泵之中,最终实现液相管道的循环输送。在此过程中,整个系统也会对相关数据进行收集。另外,在泄露模块制定上,主要由两个独立的管道模块系统组成,一根为正常使用的管道,其中并没有设置泄漏孔,另一根为泄漏管道,设置有泄漏孔。当系统运行过程中,正常管道中的两端阀门将会被打开,人们可以利用高压柱塞泵对管道压力进行调控。当系统稳定之后,泄漏管道阀门将会被打开,并将正常管道阀门关闭,利用相关仪表来采集各种流量数据,最终将变化规律展示出来。根据以往工作中的数据统计来看,各个管道的初始压力值为0.35MPa,流量平均值为25L/min,当泄漏数值稳定之后,P的平均值将会变成0.178MPa。考虑到泄漏孔的所在位置不同,实际压力值会与平均值存在一些区别,为了方便研究,可以用压力表中的P数值近似代替实际压力值。
        1.2技术思路及管道流量和压力
        根据《AQT3046化工企业定量风险评价导则》中的相关内容,以泄漏尺寸为5mm为例,为了方便研究,人们可以利用高压柱塞泵排量调节及电磁阀开度调整等方式,制造不同的管道压力,这样一来,不同泄漏场景也会出现在研究人员面前,确保研究结果的准确新。另外,在管道选择过程中,应该以不锈钢材质为主要的选择对象,内径大概在50mm左右,管壁厚度为3.5mm,最后根据高压柱塞泵排量以及仪表检测范围来确定实验数值及管道流量,具体是数值如表1和表2所示。当管道流量相同,初始压力值不同时,管道的压力变化范围较大。尤其是在管道发生泄漏之后,研究人员可以通过压降曲线来获取各个阶段的管道流量,管道流量越大,稳定的泄露时间也就越短,这主要是由于液体具有不能被压缩的特性。当管道流量较大时,能够对泄露过程中发生的泄露量进行补充,达到整体稳定性,但该过程的发展需要一定的时间[1]。
        
        2.液相小孔管道泄露数值仿真研究
        2.1控制方程及计算方法
        在流体流动过程中,主要受守恒定律的支配,这其中包括能量守恒定律、质量守恒定律等,然而控制方程的出现,便是守恒定律在该方面研究过程中的数学描述方式。当液相管道泄漏数值模拟方程组被构建出来之后,会将各种守恒理论应用于其中,构建出一种通用的表达形式,具体如下:

       
        该式中,涉及到很多不同项态,按照从左到右的顺序,分别是瞬态项、对流项、扩散项及源项。由于该方程具有很强的特定性,φ、F、S所对应的形式也存在不同。另外,在控制方程组之中,还会涉及到附加方程组,为相关工作的开展提供有利条件。在湍流模型应用上,可以对R模型进行应用,该模型可以确保应力与真实应力相符,并以精确的速度来完成扩散,从而提升计算结果的真实性。
        2.2模型与网格划分
        为了确保研究效果,模拟区域的长度大约在1.2m左右,内径为55mm,在泄漏模块右侧还会设置一个圆孔,孔径为5mm。由于研究过程应用到了ICFD软件,可实现对泄漏网格的完整划分。一般来说,网格以六面体为主来构成结构单元,但该划分形式并不均匀,想要实现液体流出现象的准确模拟,相关工作人员应该做好泄漏孔附近网格的加密处理工作,提升设计质量和仿真程度。在网格数量的确定上,网格总数应该达到2328298个,质量区间为0.75到0.8的所占比例应达到0.003%,占比最低;0.95到1.0的占比应达到88.710%,占比最高。从这里也可以看出,有很多网格处于0.9到1的质量区间内。另外,Fluent主要以压力入口和压力出口为边界条件,对实验数值进行设定,确保整个仿真工作与实际情况更加贴近[2]。
        2.3仿真结果及分析
        首先,如果初始压力值相同,管道流量条件不同,以0.35MPa为初始压力。在重力值作用下,整个泄漏速度将无法实现对称。在泄漏孔右侧,入口流体会产生巨大的冲击,如果流体速度较大,泄漏孔的左侧便会出现负压情况,并形成液体漩涡。当管道流量提升之后,负压的变化范围和幅度也会逐渐降低,但泄漏速度依然会持续提升。其次,当管道流量相同,初始条件不同时,整个泄漏孔的速度分布也存在一定的差异性。以流量为20L/min为例,党泄漏状态稳定时,具体的分布情况也能被总结出来。由于初始压力值的提升,稳定泄漏压力也会逐渐提升,负压变化程度越来越小,此时如果泄漏孔固定,平均泄漏速度将会越来越大。
        总结:综上所述,通过上述研究可以看出,泄漏稳定压力与管道初始压力及流量等呈现出对数关系,当初始压力和管道流量有所增加时,其泄漏的稳定压力也会越来越大,之间的差值也会降低。如果管道流量有所提升,且达到泄漏稳定的时间较短,其泄漏状态也将越来越平衡。因此,液相管道流量与压力对小孔泄漏速率的影响研究显得十分重要。
        参考文献:
        [1]张国富.稳定塔回流罐气/液相管道腐蚀原因分析及对策[J].山东化工,2016,45(06):84-85+89.
        [2]卫双印.混合制冷工艺冷箱液相管道疏通处理技术探讨[J].山西化工,2016,36(01):66-68.

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