洛阳架空低压燃气管道裂缝泄漏量计算与实验测试

摘　要：架空低压燃气管道裂缝产生燃气泄漏，其泄漏量用仪器难以测量。模拟管道泄漏工况，在实验室获取计算公式中的管道裂缝流量修正系数，可测算架空管道裂缝燃气泄漏量。阐述了架空低压燃气管道裂缝泄漏量的计算原理、裂缝流量修正系数测试流程、实验结果。

关键词：低压燃气管道；  泄漏量计算；  流量修正系数；  管道裂缝；  裂缝模块

Abstract：It iS difflicult to measure the gas leakage at cracks of overhead low-pressure gas pipeline by instrument．By simulating the working condition of pipeline leak，the correction coefficient of pipeline crack flow rate in the calculation formula obtained in the laboratory can calculate the leakage at cracks of overhead low-pressure gas pipeline．The caleulation principle of leakage at cracks of overhead low-pressure gas pipeline，the test process of correction coefficient of crack flow rate and the experimental results are expounded．

Keywords：low-pressure gas pipeline；leakage calculation；flow rate correction coefficient；pipe crack；crack module

 

长期以来，对于超设计寿命运行的燃气管道，燃气泄漏时有发生，造成一定的经济损失。燃气泄漏量具体是多少，统计计量部门需要提供数据，以进行相关核算。这就为技术管理工作者提出一个课题，用仪器难以直接测量燃气泄漏量，只能人工测算。采用理论分析计算的方法，使计算结果接近实际值，是理论分析计算的目的。

架空低压燃气管道的燃气泄漏是一种能量转换过程，即管道内的燃气的压力能随着其泄漏而转变为气体的动能，然后扩散弥漫于大气之中，泄漏过程遵守能量守恒定律，可由伯努利方程求解。

设管道内燃气绝对压力为p1，泄漏至大气后燃气的压力为p2(亦即大气压力)，管道外壁裂缝处燃气外泄至大气瞬时流量为u，管道内壁裂缝断面处燃气在泄漏流动方向上初始流量为0，燃气泄漏过程中局部阻力忽略不计，可推导得出：

 

式中q0————燃气在管道裂缝处的理论泄漏量，m³／s

A——管道裂缝有效截面积，m²

u——管道外壁裂缝处燃气外泄至大气瞬时流量，m／s

p1——管道内壁裂缝处燃气绝对压力，Pa

p2——燃气泄漏至大气后的绝对压力(亦即大气压力)，Pa

p0——管道内燃气在标准状态下的密度，kg／m³

Dp——燃气在裂缝处泄漏前后的压力差(亦即在裂缝处管道内燃气的表压)，Pa

显然，式(1)为理想状态，与实际状况偏离很大。燃气泄漏时，在裂缝处燃气受局部阻力、管道裂缝的厚度、裂缝断面形状、管道材质及大气环境等因素影响，泄漏燃气在泄漏处一定存在一个流量修正系数K，以修正燃气在理想状态下的泄漏流量。流量修正后应与实际状况较为接近。燃气泄漏实际流量qv可修正为：

 

式中qv——燃气在管道裂缝处实际泄漏量，m³／s

K——流量修正系数

管道裂缝断面形状有以下几种：

①直裂缝：可近似视为矩形，可由裂缝有效长度及缝宽确定有效区域面积。

②洞口型裂缝：可近似视为圆形，可由裂缝平均有效直径确定有效区域面积。

③三角形裂缝：可由三角形面积确定有效区域面积。

④不规则形状裂缝：可将形状比照标准几何图形换算有效区域面积，也可将断面形状分割为几组简易图形累加计算有效区域面积。

一般而言，直裂缝在管道中很常见。

流量修正系数K的取值，主要取决于裂缝断面形状、管材。在实验室需制作相关模型分类测试计算。建立不同裂缝形状及大小、不同板材及厚度的模块，通过对各种模块的测试分析计算，得出流量修正系数K的取值范围。

测试实验前，对测试实验整个系统进行吹扫置换，使系统符合燃气运行条件。将低压燃气引至2m³缓冲罐中，燃气进入此缓冲罐静置一段时间后，其温度、压力及密度处于相对稳定状态。测试开始后，由缓冲罐所连接的压力计与密度计测量燃气压力与密度，并将测量数据连续传输给计算机。计算机接收数据信号后，计算出未修正前的燃气流经裂缝模块的理论流量q0。同时燃气经孔板流量计、卡具内裂缝模块流至室外大气中。在此期间，孔板流量计两侧由燃气导压管相连接的差压变送器同时获取燃气差压数据信号，并传输给计算机，由计算机编程计算出此刻流经裂缝模块的燃气泄漏实际流量q0。最后计算机计算输出燃气流量修正系数K(K=qv／q0)，完成整个测试实验。

卡具是固定模块的专门器具，主要作用是将模块准确固定于测试管道中，在与模块接触面上用橡胶填料密封，并通过卡具旋紧螺栓来紧固及密封模块。卡具可灵活装卸更换模块，便于对不同模块的测试。燃气进出口管选用DN 400mm螺旋缝钢管，孔板前直管段长度为15～20倍管外直径，孔板后直管段长度为5倍管外直径。测试中模块后钢管长度为1m，并引至室外，模块后管道的阻力忽略不计，以模拟真实管道静置时裂缝燃气泄漏场景。测试过程中，有安全保障措施方案，室外配备专人监控燃气放散，确保安全。由于测试排放燃气量不大，时间不长，对周围大气环境影响较小。测试工艺流程见图1。

 

裂缝模块的形状见图2。

 

模块采用500mm×500mm正方形平板，仿管道裂缝制作系列模块。模块中裂缝形状依据大量调查资料，归纳汇总为3种常见裂缝形状，模块材质及厚度的选择参照燃气输配管道常用类型。