[发明专利]一种中深水海底管道整体试压的数值模拟及快速判断方法

权利要求书

1.一种中深水海底管道整体试压的数值模拟及快速判断方法，其特征在于，其包括步骤如下：

步骤1，收集管线基础数据；

步骤2，测量注入海水温度和海泥温度；

步骤3，注入海水，并记录注入海水的体积和压力；

步骤4，采用残余空气含量判断数值模型计算管线中残余含气量：其中，所述残余空气含量判断数值模型包括：

受约束的管道系统简化模型：

不受约束的管道系统简化模型：

式(1)、式(2)中：ΔV为到达试验压力P所需要的介质的体积，L；ΔP试压压力，kPa；V₀为管道系统的容积，L；t为管道系统的壁厚，mm；D为管道系统的外径，mm；

计算管道中的残余气体含量公式：

式(3)中：Va为空气含量，占总容积的％；Vs为加压到达试验压力P的35％时的实际介质体积，L；ΔV’为到达试验压力P的35％时的理论所需要的介质的体积，L；V₀为管道系统容积；

对管道加压升高到试验压力的35％，根据式(1)或式(2)计算出35％试验压力下介质的理论体积ΔV’，再根据式(3)计算得出当前状态下的管线残余空气含气量Va；

步骤5，判断残余含气量是否达到规范要求，Va≤0.2％；如未达到规范要求，进行步骤3；如达到规范要求，进行步骤6；

步骤6，继续打压至试验压力，开始稳压；

步骤7，每半小时记录一次管线压力和流体温度；

步骤8，采用压降-温降相关数值模型计算管线压降和温降理论值：其中，所述压降-温降相关数值模型包括：

温度每降低1.0℃时，管道压降的相关式：

ΔP_T＝ΔP_L＝4257.16×t/D+4.75×10^-3 式(5)，

式(5)中，ΔP_T：管道中的流体压降，温度变化1.0℃时压强产生的变化，kPa；ΔP_L：液体温降所引起的管道压降，kPa；t：管道的壁厚，m；D：管道的外径，m；

海管内试压流体温度随试压时间变化关系计算模型：

式(6)式中:T_t：试压t小时后管内介质温度，℃；T_e：管道外界的环境温度，℃；T_s：开始试压时管内介质温度，即试压起始温度，℃；D：管道保温层外径，m；d_o：钢管内径，m；d_oi：为各层管外径，m；d_ii：各层管内径，m；K：管道总传热系数，W/(m²·℃)；t：试压时间，h；ρ_i：钢材及保温材料的密度，kg/m³；C_i：钢材及保温材料的比热容，J/(kg·℃)；C_o：管内介质比热容，J/(kg·℃)；ρ_o：管内介质密度，kg/m³；

温降而导致的流体总压降预测值的相关式：

ΔP＝ΔT_t×ΔP_T 式(7)，

式(7)中：ΔT_t：试压t小时后管内总温降，℃；ΔP_T：温度变化1.0℃时压强产生的变化，kPa；ΔP：温降而导致的流体总压降预测值，kPa；

在稳压24小时后，根据式(5)计算每降低1.0℃时管道压降的理论值ΔP_T，根据式(6)计算试压24小时后管内介质温度T_t，进而根据ΔT_t＝T_t-T_s计算出总温降ΔT_t，根据式(7)计算出管道试压24小时内管道因温降而导致的总压降；

步骤9，24小时后将压降计算值与实际压降值进行对比；若变化趋势基本一致，进行步骤10；若变化趋势不一致，将考虑管线是否存在泄漏情况，进行步骤12；

步骤10，继续保压至48小时，记录压力与温度，与理论值继续对比，继续采用式(5)、式(6)和式(7)，计算出保压48小时后管线的压降和温降理论值与现场记录值进行对比；

步骤11，将步骤10计算出的管线的压降值与实际压降值进行对比，若变化趋势基本一致，确认压降由温降引起，试压试验合格；若变化趋势不一致，继续保压，每半小时记录一次管线压力和流体温度，继续进行理论值与实际值的对比，进行步骤9；

步骤12，分析原因，结合管道泄漏速率和压降相关数值模型进行压降计算，与实际压降对比：其中，所述管道泄漏速率和压降相关数值模型包括：

不同泄漏工况下管道泄漏速率和压降计算模型：

式(8)中：ΔV_leak为泄漏量，m³；Q为泄漏速率，m³/h；τ为泄漏时间，h；d为泄漏孔直径，mm；ΔP为泄漏压差，即试压流体和管道外环境压力的差值，MPa；

管道中由于泄漏引起的管道压降计算相关式：

式(9)中：ΔP为泄漏引起的压力降低值，kPa；τ为泄漏时间，h；d为泄漏孔直径，mm；ΔP'为泄漏压差，即试压流体和管道外环境压力的差值，MPa；V₀为管道系统的容积，m³；t为管道系统的壁厚，mm；D为管道系统的外径，mm；

根据式(8)计算泄漏量ΔV_leak，根据式(9)计算泄漏引起的压力降低值ΔP，与实际压降进行对比；若变化趋势基本一致，则可得出压降由管线泄漏导致，修复后将进行重新试压，再次进行步骤1。