摘　要：架空低壓燃氣管道裂縫產(chǎn)生燃氣泄漏，其泄漏量用儀器難以測量。模擬管道泄漏工況，在實驗室獲取計算公式中的管道裂縫流量修正系數(shù)，可測算架空管道裂縫燃氣泄漏量。闡述了架空低壓燃氣管道裂縫泄漏量的計算原理、裂縫流量修正系數(shù)測試流程、實驗結(jié)果。

關(guān)鍵詞：低壓燃氣管道；??泄漏量計算；??流量修正系數(shù)；??管道裂縫；??裂縫模塊

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

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長期以來，對于超設計壽命運行的燃氣管道，燃氣泄漏時有發(fā)生，造成一定的經(jīng)濟損失。燃氣泄漏量具體是多少，統(tǒng)計計量部門需要提供數(shù)據(jù)，以進行相關(guān)核算。這就為技術(shù)管理工作者提出一個課題，用儀器難以直接測量燃氣泄漏量，只能人工測算。采用理論分析計算的方法，使計算結(jié)果接近實際值，是理論分析計算的目的。

架空低壓燃氣管道的燃氣泄漏是一種能量轉(zhuǎn)換過程，即管道內(nèi)的燃氣的壓力能隨著其泄漏而轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動能，然后擴散彌漫于大氣之中，泄漏過程遵守能量守恒定律，可由伯努利方程求解。

設管道內(nèi)燃氣絕對壓力為p1，泄漏至大氣后燃氣的壓力為p2(亦即大氣壓力)，管道外壁裂縫處燃氣外泄至大氣瞬時流量為u，管道內(nèi)壁裂縫斷面處燃氣在泄漏流動方向上初始流量為0，燃氣泄漏過程中局部阻力忽略不計，可推導得出：

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式中q0————燃氣在管道裂縫處的理論泄漏量，m³／s

A——管道裂縫有效截面積，m²

u——管道外壁裂縫處燃氣外泄至大氣瞬時流量，m／s

p1——管道內(nèi)壁裂縫處燃氣絕對壓力，Pa

p2——燃氣泄漏至大氣后的絕對壓力(亦即大氣壓力)，Pa

p0——管道內(nèi)燃氣在標準狀態(tài)下的密度，kg／m³

Dp——燃氣在裂縫處泄漏前后的壓力差(亦即在裂縫處管道內(nèi)燃氣的表壓)，Pa

顯然，式(1)為理想狀態(tài)，與實際狀況偏離很大。燃氣泄漏時，在裂縫處燃氣受局部阻力、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，泄漏燃氣在泄漏處一定存在一個流量修正系數(shù)K，以修正燃氣在理想狀態(tài)下的泄漏流量。流量修正后應與實際狀況較為接近。燃氣泄漏實際流量qv可修正為：

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式中qv——燃氣在管道裂縫處實際泄漏量，m³／s

K——流量修正系數(shù)

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：可將形狀比照標準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易圖形累加計算有效區(qū)域面積。

一般而言，直裂縫在管道中很常見。

流量修正系數(shù)K的取值，主要取決于裂縫斷面形狀、管材。在實驗室需制作相關(guān)模型分類測試計算。建立不同裂縫形狀及大小、不同板材及厚度的模塊，通過對各種模塊的測試分析計算，得出流量修正系數(shù)K的取值范圍。

測試實驗前，對測試實驗整個系統(tǒng)進行吹掃置換，使系統(tǒng)符合燃氣運行條件。將低壓燃氣引至2m³緩沖罐中，燃氣進入此緩沖罐靜置一段時間后，其溫度、壓力及密度處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。測試開始后，由緩沖罐所連接的壓力計與密度計測量燃氣壓力與密度，并將測量數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸給計算機。計算機接收數(shù)據(jù)信號后，計算出未修正前的燃氣流經(jīng)裂縫模塊的理論流量q0。同時燃氣經(jīng)孔板流量計、卡具內(nèi)裂縫模塊流至室外大氣中。在此期間，孔板流量計兩側(cè)由燃氣導壓管相連接的差壓變送器同時獲取燃氣差壓數(shù)據(jù)信號，并傳輸給計算機，由計算機編程計算出此刻流經(jīng)裂縫模塊的燃氣泄漏實際流量q0。最后計算機計算輸出燃氣流量修正系數(shù)K(K=qv／q0)，完成整個測試實驗。

卡具是固定模塊的專門器具，主要作用是將模塊準確固定于測試管道中，在與模塊接觸面上用橡膠填料密封，并通過卡具旋緊螺栓來緊固及密封模塊。卡具可靈活裝卸更換模塊，便于對不同模塊的測試。燃氣進出口管選用DN 400mm螺旋縫鋼管，孔板前直管段長度為15～20倍管外直徑，孔板后直管段長度為5倍管外直徑。測試中模塊后鋼管長度為1m，并引至室外，模塊后管道的阻力忽略不計，以模擬真實管道靜置時裂縫燃氣泄漏場景。測試過程中，有安全保障措施方案，室外配備專人監(jiān)控燃氣放散，確保安全。由于測試排放燃氣量不大，時間不長，對周圍大氣環(huán)境影響較小。測試工藝流程見圖1。

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裂縫模塊的形狀見圖2。

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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種常見裂縫形狀，模塊材質(zhì)及厚度的選擇參照燃氣輸配管道常用類型。