摘　要：架空低壓燃?xì)夤艿懒芽p產(chǎn)生燃?xì)庑孤?，其泄漏量用儀器難以測(cè)量。模擬管道泄漏工況，在實(shí)驗(yàn)室獲取計(jì)算公式中的管道裂縫流量修正系數(shù)，可測(cè)算架空管道裂縫燃?xì)庑孤┝?。闡述了架空低壓燃?xì)夤艿懒芽p泄漏量的計(jì)算原理、裂縫流量修正系數(shù)測(cè)試流程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：低壓燃?xì)夤艿溃?span lang="EN-US">  泄漏量計(jì)算；  流量修正系數(shù)；  管道裂縫；  裂縫模塊

Calculation and Experimental Test of Leakage at Crack of Overhead Low-pressure Gas Pipeline

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

長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于超設(shè)計(jì)壽命運(yùn)行的燃?xì)夤艿?，燃?xì)庑孤r(shí)有發(fā)生，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。燃?xì)庑孤┝烤唧w是多少，統(tǒng)計(jì)計(jì)量部門(mén)需要提供數(shù)據(jù)，以進(jìn)行相關(guān)核算。這就為技術(shù)管理工作者提出一個(gè)課題，用儀器難以直接測(cè)量燃?xì)庑孤┝?，只能人工測(cè)算。采用理論分析計(jì)算的方法，使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際值，是理論分析計(jì)算的目的。

1　計(jì)算原理

架空低壓燃?xì)夤艿赖娜細(xì)庑孤┦且环N能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，即管道內(nèi)的燃?xì)獾膲毫δ茈S著其泄漏而轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動(dòng)能，然后擴(kuò)散彌漫于大氣之中，泄漏過(guò)程遵守能量守恒定律，可由伯努利方程求解。

設(shè)管道內(nèi)燃?xì)饨^對(duì)壓力為p1，泄漏至大氣后燃?xì)獾膲毫?span lang="EN-US">p2(亦即大氣壓力)，管道外壁裂縫處燃?xì)馔庑怪链髿馑矔r(shí)流量為u，管道內(nèi)壁裂縫斷面處燃?xì)庠谛孤┝鲃?dòng)方向上初始流量為0，燃?xì)庑孤┻^(guò)程中局部阻力忽略不計(jì)，可推導(dǎo)得出：

式中q0————燃?xì)庠诠艿懒芽p處的理論泄漏量，m³／s

A——管道裂縫有效截面積，m²

u——管道外壁裂縫處燃?xì)馔庑怪链髿馑矔r(shí)流量，m／s

p1——管道內(nèi)壁裂縫處燃?xì)饨^對(duì)壓力，Pa

p2——燃?xì)庑孤┲链髿夂蟮慕^對(duì)壓力(亦即大氣壓力)，Pa

p0——管道內(nèi)燃?xì)庠跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg／m³

Dp——燃?xì)庠诹芽p處泄漏前后的壓力差(亦即在裂縫處管道內(nèi)燃?xì)獾谋韷?span lang="EN-US">)，Pa

顯然，式(1)為理想狀態(tài)，與實(shí)際狀況偏離很大。燃?xì)庑孤r(shí)，在裂縫處燃?xì)馐芫植孔枇?、管道裂縫的厚度、裂縫斷面形狀、管道材質(zhì)及大氣環(huán)境等因素影響，泄漏燃?xì)庠谛孤┨幰欢ù嬖谝粋€(gè)流量修正系數(shù)K，以修正燃?xì)庠诶硐霠顟B(tài)下的泄漏流量。流量修正后應(yīng)與實(shí)際狀況較為接近。燃?xì)庑孤?shí)際流量qv可修正為：

式中qv——燃?xì)庠诠艿懒芽p處實(shí)際泄漏量，m³／s

K——流量修正系數(shù)

2　裂縫斷面形狀及面積的計(jì)算

管道裂縫斷面形狀有以下幾種：

①直裂縫：可近似視為矩形，可由裂縫有效長(zhǎng)度及縫寬確定有效區(qū)域面積。

②洞口型裂縫：可近似視為圓形，可由裂縫平均有效直徑確定有效區(qū)域面積。

③三角形裂縫：可由三角形面積確定有效區(qū)域面積。

④不規(guī)則形狀裂縫：可將形狀比照標(biāo)準(zhǔn)幾何圖形換算有效區(qū)域面積，也可將斷面形狀分割為幾組簡(jiǎn)易圖形累加計(jì)算有效區(qū)域面積。

一般而言，直裂縫在管道中很常見(jiàn)。

3　流量修正系數(shù)K的測(cè)試

流量修正系數(shù)K的取值，主要取決于裂縫斷面形狀、管材。在實(shí)驗(yàn)室需制作相關(guān)模型分類(lèi)測(cè)試計(jì)算。建立不同裂縫形狀及大小、不同板材及厚度的模塊，通過(guò)對(duì)各種模塊的測(cè)試分析計(jì)算，得出流量修正系數(shù)K的取值范圍。

3.1　實(shí)驗(yàn)測(cè)試工藝流程及操作

測(cè)試實(shí)驗(yàn)前，對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行吹掃置換，使系統(tǒng)符合燃?xì)膺\(yùn)行條件。將低壓燃?xì)庖?span lang="EN-US">2m³緩沖罐中，燃?xì)膺M(jìn)入此緩沖罐靜置一段時(shí)間后，其溫度、壓力及密度處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。測(cè)試開(kāi)始后，由緩沖罐所連接的壓力計(jì)與密度計(jì)測(cè)量燃?xì)鈮毫εc密度，并將測(cè)量數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)信號(hào)后，計(jì)算出未修正前的燃?xì)饬鹘?jīng)裂縫模塊的理論流量q0。同時(shí)燃?xì)饨?jīng)孔板流量計(jì)、卡具內(nèi)裂縫模塊流至室外大氣中。在此期間，孔板流量計(jì)兩側(cè)由燃?xì)鈱?dǎo)壓管相連接的差壓變送器同時(shí)獲取燃?xì)獠顗簲?shù)據(jù)信號(hào)，并傳輸給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)編程計(jì)算出此刻流經(jīng)裂縫模塊的燃?xì)庑孤?shí)際流量q0。最后計(jì)算機(jī)計(jì)算輸出燃?xì)饬髁啃拚禂?shù)K(K=qv／q0)，完成整個(gè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

卡具是固定模塊的專(zhuān)門(mén)器具，主要作用是將模塊準(zhǔn)確固定于測(cè)試管道中，在與模塊接觸面上用橡膠填料密封，并通過(guò)卡具旋緊螺栓來(lái)緊固及密封模塊。卡具可靈活裝卸更換模塊，便于對(duì)不同模塊的測(cè)試。燃?xì)膺M(jìn)出口管選用DN 400mm螺旋縫鋼管，孔板前直管段長(zhǎng)度為15～20倍管外直徑，孔板后直管段長(zhǎng)度為5倍管外直徑。測(cè)試中模塊后鋼管長(zhǎng)度為1m，并引至室外，模塊后管道的阻力忽略不計(jì)，以模擬真實(shí)管道靜置時(shí)裂縫燃?xì)庑孤﹫?chǎng)景。測(cè)試過(guò)程中，有安全保障措施方案，室外配備專(zhuān)人監(jiān)控燃?xì)夥派?，確保安全。由于測(cè)試排放燃?xì)饬坎淮?，時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)周?chē)髿猸h(huán)境影響較小。測(cè)試工藝流程見(jiàn)圖1。

3.2　裂縫模塊的制作

裂縫模塊的形狀見(jiàn)圖2。

模塊采用500mm×500mm正方形平板，仿管道裂縫制作系列模塊。模塊中裂縫形狀依據(jù)大量調(diào)查資料，歸納匯總為3種常見(jiàn)裂縫形狀，模塊材質(zhì)及厚度的選擇參照燃?xì)廨斉涔艿莱Ｓ妙?lèi)型。

4　實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

不同材質(zhì)、形狀、大小的裂縫模塊實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表1～3。

經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在燃?xì)獾蛪汗鉅顩r下，改變?nèi)細(xì)獾膲毫?span lang="EN-US">(緩沖罐內(nèi)燃?xì)鈮毫?span lang="EN-US">)，測(cè)試的K值不變，且K值受模塊壁厚影響甚微。由此得出管道裂縫流量修正系數(shù)K的取值范圍，見(jiàn)表4。

5　結(jié)語(yǔ)

由公式計(jì)算架空低壓燃?xì)夤艿懒芽p泄漏量，可方便快捷地估算燃?xì)庑孤┝浚瑸樵u(píng)估燃?xì)庑孤p失提供依據(jù)。

本文作者：卜寅年

作者單位：陽(yáng)泉煤氣公司