[发明专利]高含水土壤埋地热油管道流动失效模式判定方法

说明书

技术领域

本发明涉及管道系统生产安全技术领域，特别涉及一种高含水土壤埋地热油管道流动失效模式判定方法。

背景技术

降雨、降雪和水田灌溉对临界输量的影响主要表现为土壤湿度和温度的改变。定量评价降雨等对土壤热物理特性变化的影响是很复杂的，因为这一影响决定于降水量及其延续时间、土壤的渗透性以及地下水位和地形。此外，雨停之后开始了水分运移的复杂过程，它不仅由湿度的不均匀性引起，而且也由于在管道热力作用下存在温度梯度而引起。土壤导热系数与土壤的温度、密度、孔隙度、湿度等因素有关，其中湿度(即含水率)的变化对土壤的导热性影响最大。当大气降温伴随降雨雪时，引起土壤的导热系数发生变化。而目前的流动安全评价方法中还没有考虑含水率的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高含水土壤埋地热油管道流动失效模式判定方法，用于判定在降雨、降雪、水田灌溉等管路沿线土壤高含水条件下的含蜡原油管道流动失效模式。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高含水土壤埋地热油管道流动失效模式判定方法，主要考虑含水率这一影响因素，利用数值计算方法研究土壤导热系数对临界输量的影响，该方法包括如下步骤：

步骤1、管道运行数据自动录入与统计分析；

步骤2、高含水埋地热油管道流动失效概率计算，包括管道运行过程模拟与失效概率计算、及管道停输过程模拟与失效概率计算；

其中，所述管道运行过程模拟与失效概率计算包括如下步骤：

1)设置土壤边界初始含水率；

2)设置土壤浸水模拟总时长t_总；

3)设置时间步长Δt；

4)更新温度场t，所述温度场t＝k·Δt＞0；

5)更新含水率分布；

6)计算临界输量；

7)计算进入不稳定工作区概率；

8)若t＞t_总，则存储进入不稳定工作区概率数据，否则返回步骤4)继续循环；

所述停输过程模拟与失效概率计算包括如下步骤：

1)设置土壤边界初始含水率；

2)设置停输前土壤已浸水时长t₀；

3)设置停输模拟总时长t_停输；

4)设置时间步长Δt；

5)更新温度场t，所述温度场t＝t₀+k·Δt＞t₀；

6)更新含水率分布；

7)计算启动压力；

8)计算停输过程凝管概率；

9)若t＞t₀+t_停输，则存储停输过程凝管概率数据，否则返回步骤5)继续循环；

其中，k为模拟时步数，k＝0,1,2,3…；

步骤3、高含水率下管道主要流动失效模式判定，包括下述步骤：

1)比较管道进入不稳定工作区概率和停输凝管概率的大小，初步确定受含水率影响较为敏感的流动失效模式，提醒和指导生产管理人员关注所述流动失效模式；

2)根据安全生产对管道进入不稳定工作区和停输凝管这两种流动失效概率的规定标准，判定不同含水率下管道所处的风险等级，进而确定该管道的主要流动失效模式。

进一步地，所述更新温度场计算过程中，建立的热—湿耦合方程如下：

式中：φ为土壤体积含水率；

C_干燥土为干燥土的比热容；

ρ_干燥土为干燥土的密度；

λ_干燥土为干燥土的导热系数；

C_水为水的比热容；

ρ_水为水的密度；

t为模拟时长；

r为距管道中心线的径向距离；

T为温度；

D_φ为含水率差别作用下的水分扩散率，且D_φ＝0.0004exp(0.14611φ)；

D_T为温差作用下的水分扩散系数，且D_T＝6×10^-16T^5.9146。

进一步地，所述管道运行数据自动录入与统计分析是以实际生产报表为基础，通过软件数据库模块自动收集输量、进出站温度、压力、地温、传热系数、管道埋深、土壤物性数据，统计分析各影响因素不确定性，建立概率分布函数。