負壓波定位理論在輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

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1、負壓波定位理論在輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用蘇維均，廉小親，于重重，曹志國（北京工商大學(xué)，北京100037）摘要：本文主要講述了負壓波理論在輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的具體應(yīng)用情況；分析了采用負壓波理論進行泄漏定位的過程中時間差的求解問題，提出了三種求取時間差的方法。通過負壓波理論的定位公式以及時間差對泄漏點進行定位。關(guān)鍵詞：輸油管道、泄漏監(jiān)測、負壓波1引言在大型油田的生產(chǎn)中，原油從油井里開采上來之后，經(jīng)過各地的輸油站經(jīng)輸油管線輸送到煉油廠，提煉出各種石油產(chǎn)品。由于油井在地理位置上分散性很大，所以輸油管線不但長，覆蓋區(qū)域也非常大。每年由于原油泄漏及人為打孔盜油給國家和企業(yè)帶來巨大損失，并造成環(huán)境污

2、染。輸油部門通常是派人輪流巡線，以及時發(fā)現(xiàn)泄漏，從而減少泄漏損失。但是，盡管晝夜不斷地進行人工巡視，由于管線過長，仍不能及時發(fā)現(xiàn)泄漏；而且，以人工查尋的方式來進行輸油管道的泄漏檢測，也耗費了大量的人力、物力和財力資源。因此，對管道進行實時自動監(jiān)測具有重要意義。近幾十年來，管道工業(yè)得到快速發(fā)展，管道監(jiān)控方面的研究課題顯得尤為重要，而管道監(jiān)控的重要問題是系統(tǒng)的泄漏檢測。根據(jù)泄漏檢測原理，目前用于泄漏檢測的方法可以分為直接檢測法和間接檢測法：直接檢測法即根據(jù)泄漏的介質(zhì)進行檢測，例如根據(jù)油氣泄漏時所露出的地表痕跡以及散發(fā)的氣味等進行檢測；間接檢測法則是根據(jù)泄漏引起的管道輸送介質(zhì)有關(guān)參數(shù)的變化來進行推

3、斷。目前，國內(nèi)外主要應(yīng)用的泄漏檢測方法有壓力圖像法（壓力分布法）、壓力點法（PPA）、負壓波法、質(zhì)[1]量平衡法、聲波法、管道泄漏溶解法等等。本文主要介紹負壓波法在輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。2輸油管道泄漏檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)2.1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)從總體結(jié)構(gòu)上由上位機與下位機兩個部分組成。上位機為工控機，下位機為壓力采集系統(tǒng)。整個檢測系統(tǒng)由放置在中央控制室的一臺工控機和若干個近端或遠端輸油站點的壓力采集模塊組成。對于遠端泵站，工控機首先通過調(diào)制解調(diào)器（Modem）撥號，連通遠端的壓力采集模塊，實現(xiàn)各個站點的壓力數(shù)據(jù)的采集與通信傳輸；對于近端的泵站，上下位機直接通過RS232進行通訊；工控機

4、對采集上來的壓力信號以曲線的形式進行實時顯示，并根據(jù)輸油管道兩端的壓力采集信號，以負壓波方法為理論基礎(chǔ)，對輸油管道中所出現(xiàn)的泄漏及時進行報警并確定泄漏點位置。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示?！本┦薪涛萍及l(fā)展計劃資助項目（01KJ—043）1近端遠端圖1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖2.2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件功能及結(jié)構(gòu)如圖2所示。正常數(shù)顯示數(shù)據(jù)據(jù)處理曲線及報表中心否否系數(shù)數(shù)是否統(tǒng)據(jù)是異常數(shù)據(jù)屬于確認是否初預(yù)據(jù)處理采異常發(fā)生泄漏始處中心集數(shù)據(jù)化理是泄漏報警圖2系統(tǒng)軟件功能框圖3泄漏點定位算法該輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)采用負壓波法為理論基礎(chǔ)，實現(xiàn)輸油管道泄漏診斷。

5、3.1負壓波法理論分析當(dāng)泄漏發(fā)生時，泄漏處立即有物料損耗，從而引起局部壓力降低。這個瞬變的壓力下降作為振動源以聲速通過管道中的油氣向該點的上下游傳播。其傳播的速度在不同的輸送介質(zhì)中有所不同，在天然氣中大約為300m/s，在液體油中大約為1000m/s。設(shè)置在泄漏點兩端或泵站的傳感器拾取壓力波信號，并將所采集的壓2標準分享網(wǎng)www.bzfxw.com免費下載力信號發(fā)送到中央控制室進行分析處理，根據(jù)壓力波的幅值變化梯度的大小和上下游檢測時間差即可確定泄漏量和泄漏位置。圖3泄漏點定位圖如圖3所示，在長度為L的管道上，假設(shè)泄漏點為C，C點是管道上的任意一點。在圖中假設(shè)泄漏點C產(chǎn)生的壓力波傳到首站（A

6、點）的時間為tA，傳到末站（B點）的時間為tB。當(dāng)管道的長度和輸送的介質(zhì)已知，在理想的情況下，忽略介質(zhì)的粘度、溫度、流動狀態(tài)等因素的影響，假設(shè)壓力波在油中的傳播速度為v，則有：LLACLCBt=;t=;t=(1)LABvvv其中：t=t+t(2)LAB若tA與tB的時間差為Δt，則有：Δt=t?t(3)ABt+?tL∴t=(4)A2www.bzfxw.comLL=v?t=?t(5)ACAAtLLtL+?tL?t∴L=?=?(1+)(6)ACt22tLL若測出Δt，即可由式（6）求得泄漏點C距A站之間的距離。3.2壓力變化初始時刻的求取由于以上定位公式（6）是在理想條件下得出的，不宜直接應(yīng)用于

7、實際工程。在應(yīng)用時需要考慮到介質(zhì)的粘度、溫度、流速等對壓力波傳播速度的的影響，壓力波此時的傳播速度無法精確確認是多少，而且壓力波在泄漏點往兩端傳播時速度并不相等。所以，我們不直接采用LAC=v·tA計算LAC，而采用間接方法，通過求取管長L、壓力波傳播整個管長所花的時間tL以及壓力波從泄漏點傳播到首末兩端的時間差Δt來計算。L與tL都能事先進行測量，在定位算法中可以直接作為常量，我們的主要任務(wù)是完成時間差Δt