管段燃气漏气量的计算

燃气管道泄漏量的计算

1. 概述

目前的燃气管道泄露量计算模型主要分为小孔模型和管道模型，小孔模型将泄漏口看成是一个足够小的孔，一般不超过20mm ，适合于通过小孔的泄漏量计算；管道模型将泄漏孔径看作管道管径，适合于燃气管道截面完全破裂时的泄漏量计算。

2. 泄漏量的计算

根据燃气管道被挖断面积的三种情况：完全破裂、泄漏口只有很小的破损孔及泄漏口面积既不是小孔，也不是完全破裂，分别采用相应的模型进行管道泄漏量计算。

2.1 管道模型

管道完全破裂时，燃气流速较大，管内燃气没有足够的时间和周边环境进行充分的热交换，管内流动看作绝热过程，采用管道模型进行管道漏气量计算，计算公式见式（1）。 1112

1

1

1

[]0.2511ln

2n n n n n n a

m a n p p p

n q D n p L RT D n p πλ++--=+⎛⎫+ ⎪⎝

⎭

（1）

式中： m q —管道泄漏量，kg/s ； D —管道内径，m ； 1p —管道起点压力，Pa ；

a p —大气压力，101325Pa ；

n —多变指数，在管内流速较小管道较长时，n =1，管内流速较大管道较短时，n =1.3； λ—摩擦阻力系数；

L —泄漏点至管道起点的距离，m ； T —管道起点燃气温度，K ； R —燃气的气体常数，J/(kg.k)。

2.2 小孔模型

泄漏孔很小时，管内流动为等温过程，泄漏孔口流动为绝热过程，采用小孔模型进行管道泄漏量的计算。小孔模型下的管道泄漏量还与燃气流动过程中流速是音速还是亚音速有关，通常用临界压力比来判别。临界压力比公式见式（2）。

12()1

k

k k β-=+ （2）

式中：k —绝热指数，天然气取1.3。

（1）

1

a

p p β>时，燃气在泄漏口以亚音速流动，燃气泄漏量计算公式： 11

120.981k k m k q A p RT k +-⎛⎫=⨯⨯⨯

⋅ ⎪+⎝⎭

（3）

式中：A —泄漏孔口面积，m 2，其余符号意义同式（1）。 （2）

1

a

p p β<时，燃气在泄漏口以音速流动，燃气泄漏量计算公式： 21

111210.981k k k a a m p p k q A p k RT p p +⎡⎤

⎛⎫⎛⎫⎢⎥

=⨯⨯⨯⋅⋅- ⎪ ⎪⎢⎥-⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦

（4）

式中：符号意义同上述（1）—（3）式。

2.3 管孔模型

管道泄漏孔既不是小孔，又无完全破裂时，此时，燃气泄漏量计算模型称为管孔模型。此模型下，燃气泄漏量计算利用的条件及数据较多，运算相对复杂，不再详述。在计算要求不是太高的情况下，可考虑用小孔模型或管道模型进行计算。

3 模型及最大泄漏流量

（1）高压状态下，当泄漏孔径小于30mm 时，小孔模型和管孔模型均较适用，二者的偏差较小，不超过5%；当泄漏孔径大于200mm 时，管孔模型计算值接近管道模型，偏差不超过10%；当泄漏孔径接近管道直径时，管道模型适用。 （2）中低压状态下，当泄漏孔径低于150mm 时，小孔模型和管孔模型均较适用，二者偏差不超过5%；当泄漏孔径大于150mm 或接近管径，管道模型较适用。 （3）燃气在管道内最大流量有限制，不是按管道模型或小孔模型计算得到的结果就一定是实际流量。无论用哪种模型计算，泄漏流量值不能超过上游调压器最大通过能力。 （4）计算模型均是考虑燃气直接泄漏至大气中情况，未考虑土壤对燃气管道泄漏的阻流作用。