[发明专利]一种天然气管道清管过程中的清管器运行参数计算方法

权利要求书

1.一种天然气管道清管过程中的清管器运行参数计算方法，求解快速稳定、计算结果准确，主要用于在正式开展清管作业前开展清管方案的模拟和预测，从而为确定清管周期、制定清管方案提供决策依据，计算过程主要包括以下几个步骤：

步骤一，根据天然气长输管道的设计资料、现场踏勘以及已有的清管作业数据，收集天然气长输管道的基本参数；收集清管方案和现场的运行状态参数；

步骤二，根据管道的基本参数数据完成水力系统离散化，划分管道的水力网格和时间网格，从而确定水力步长和时间步长；

步骤三，依据清管方案和运行状态参数确定(n-1)Δt时间层的清管作业的边界条件，包括计算管段入口和出口处的压力、流量和清管器后的平均压力；

步骤四，根据水力系统的离散网格系统和(n-1)Δt时间层清管作业的边界条件，自水力网格节点0开始，对相邻的水力网格节点如节点i-1和节点i采用公式(1)～(4)进行求解，计算下一水力网格节点的压力、流量，不断进行迭代，至网格节点i结束，从而得到(n-1)Δt时间层水力网格上各个节点的压力、流量；具体计算公式如下：

(1)流量修正系数：

式中，k为根据实际清管作业数据推导出的流量修正系数，无量纲；Q_{清管后第一天实际输气量}为，清管后第一天输送效率最大时的实际输气量，10⁴m³/d；Q_{地形起伏地区公式计算值}为地形起伏地区输气管道基本公式计算结果的输气量，10⁴m³/d；

(2)天然气压缩因子：

式中，Z为天然气压缩因子；P₀为该时刻计算管段的入口压力，MPa；

(3)第i个节点的流量：

式中，Q_i为该计算管段中第i个节点的流量，m³/s；Q_输为该时刻的输气量，10⁴m³/d；为该时刻计算管段内清管器后平均压力，MPa；

(4)第i个节点的压力：

式中，P_i为该计算管段中第i个节点的压力，MPa；P_i-1为该计算管段中第i-1个节点的压力，MPa；T为天然气运输温度，K；ρ为天然气的相对密度，无量纲；Δx为水力步长，m；d为管道内径，m；H_i为该计算管段中第i个节点的高程，m；H_i-1为该计算管段中第i-1个节点的高程，m；

通过使用以上公式，可以大幅度降低理论流量计算结果与实际流量的误差，从而准确定量边界条件，以满足精确计算清管器运行距离的需要；

步骤五，根据(n-1)Δt时间层的初始条件和各个网格节点的压力、流量，按公式(5)～(9)进行计算，从而计算nΔt时间层的清管器运行速度、运行里程，从而得到Δt时间内天然气管道清管作业过程中的清管器运行参数；具体计算步骤如下：

(5)修正系数：

式中，j为清管器运行速度的修正系数，无量纲；t₀为发球时间，h；n为发球时间后的单位时间步长的数目，无量纲；Δt为单位时间步长，h；t_r为实际清管作业时间，h；

(6)清管器运行距离估算公式如下：

式中，x_估为估算的清管器运行距离，km；Q_进为单位时间步长内的进气量，10⁴m³；

(7)计算在i节点的压力、流量参数下的清管器运行速度：

式中，v_i为i节点参数下的清管器运行速度，km/h；j为清管器运行速度的修正系数，无量纲；Q_i为该计算管段中第i个节点的流量，m³/s；A为该计算管段的横截面积，m²；

(8)采用线性插值法联立求解，得到nΔt时间层清管器运行速度的计算公式：

式中，v_n为n时间层的清管器运行速度，km/h；v_n-1为n-1时间层的清管器运行速度，km/h；v_i-1为i-1节点参数下的清管器运行速度，km/h；v_i为i节点参数下的清管器运行速度，km/h；x_i为i节点的所在里程，km；x_i-1为i-1节点的所在里程，km。

(9)nΔt时间层清管器运行距离计算公式：

x_n＝x_n-1+v_nΔt (9)

式中，x_n为t时刻的清管器运行距离，km；x_n-1为t-1时刻的清管器运行距离，km；v_n为t时间层的清管器运行速度，km/h；Δt为单位时间步长，h；

通过使用公式(5)～(9)，可以大幅度降低理论清管器运行速度计算结果与实际运行速度的误差，从而准确计算清管器运行速度，以满足精确计算清管器运行速度的需要。

2.如权利要求1所述的天然气管道清管过程中的清管器运行参数计算方法，其特征在于：基于清管作业监测数据建立流量修正系数计算公式，采用迭代求解的方法，计算(n-1)Δt时间层水力网格上各个节点的压力、流量；并基于清管器运行速度的修正系数，计算得到天然气管道清管作业过程中nΔt时间层的清管器运行速度、运行里程，从而得到不同时间天然气管道清管作业过程中的清管器运行参数。