关键词：输油管道；负压波；泄漏；监测
1、研究背景
世界上首条输油管道建成以来，经过一百多年的发展，管道运输已经发展成为公路、铁路、空运、海运之外的第五大运输体系。管道运输具有成本低、供给稳定、节能、安全等优点，广泛应用于流体的输送。但是，随着管道使用时间增长，由于腐蚀、磨损等自然因素，管道泄漏事故时有发生。
据统计输油管线平均穿孔率为0.35次/千米·年，同时管道上打孔盗油行为也日益频繁。输油管道泄漏不仅影响了管道的正常运行，而且还威胁到人们的生命财产安全，流失油品会造成巨大的经济损失，还会造成环境污染。如何能够实时地监测管道泄漏事故，并尽快定位泄漏点，对降低油品损失和环境污染、预防重大事故的发生，具有重要的现实意义。输油管道大量应用于生产中，但是由于自然因素和人为因素管道泄漏事故时有发生，造成严重后果，因此建立管道泄漏监测系统意义重大。本文介绍了管道泄漏监测的原理，分析了负压波监测系统，可以同时监测压力和流量，对于由泄漏所引起的负压波和流量变化进行综合判断，解决了负压波检测技术时误报率高、无法实时监测管道和缓慢渗漏的问题，提高了输油管线发生泄漏时报警和定位的精确性。
2、负压波理论分析
目前，国内外管线泄漏检测的方法主要有物质平衡法、仿真模型法、负压波法（压力波法）、声波法各有利弊，相比较负压波法在漏油监控系统中应用更广泛，定位更精确。
负压波法是根据泄漏负压波原理完成的。当管线发生泄漏时，在泄漏点会产生瞬时的低频负压波变，这个波变会在管道介质中向管线两端传播，被管线两端的压力探测器探知，由负压波到达压力探测器的时间差可计算出泄漏点的位置。该方法利用多尺度小波变换算法和多层前馈的“智能神经网络”检测技术，利用高度的非线性逼近的能力，把探测器接收到的负压波进行分析和比对，用以判定泄漏和消除其他干扰杂波，来保证泄漏的正确判定。但是在压力波动较大的输油管线中，或是在管线压力较小的管线中（0.2MPa～0.3MPa），由于泄漏产生的负压波很小，故负压波传递到探测器后能量已经很低，会产生分辨不清的现象，故该方法有一定的局限性。
2.1、负压波测漏定位技术原理
在泄漏的瞬间，管道平衡被破坏，造成流体系统弹性力量的释放，此时产生瞬时负压波震荡。这个波在液体中的速度约1100m/s，从泄漏点向四面八方传播。在管道中，负压波从破裂的来源点，透过流体引导，沿着管线向两侧传播，在管线两端设探测器后，利用负压波到达不同探测器位置产生的时差，可以计算出泄漏点的位置，每一个现场，处理机配合使用GPS（全球卫星定位系统）的时间接收器，进行时间同步，以减小因时间误差而造成的定位偏差。另外，由于使用了GPS进行时间同步，即使在通信中断或损坏的情况下，也不影响继续检查泄漏。当通信恢复后，再由中央处理单元收集现场机所探查的泄漏事件及时间，以计算漏点位置。定位公式如下：
假设被测管道长度为L，流体流速为v，负压波波速为a。当泄漏发生在距管道首端X米的地方时，负压波从泄漏点到达管道首端的时间为t1到达管道尾端的时间为t2。令△则存在如下的关系：
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式中：X——泄漏点距离首端测压点的距离，m。
L——被测管段的长度，m。
a——压力波的传播速度m/s。
△t——首末站传感器检测到负压波的时间差，s。
2.2、负压波测漏系统能够达到的技术指标
负压波测漏及定位系统能够达到的技术指标如下：
1）发现泄漏点时间：<60s
2）测试孔大小：≥5mm
3）多孔泄漏：可测出（不绝对同时泄漏）
4）误差范围：≤±250m
5）泄漏量≤30L/min
6）报警准确率：90%
7）误报率：9%
8）漏报率：0%
2.3、负压力波法的流量变化规律
当首末两站间输油管段内某一点发生泄漏时，泄漏点压力突然降低，所产生的负压力波将沿管道向两端传播，当该负压波传播到管道端点时，引起首站出站压力和末站进站压力降低的同时，引起首站出站流量的上升和末站进站流量的降低。流量的上升和下降与压力的变化几乎是同时的，因此也可以用流量来定位。但是由于流量变化反应时间长、受流量测量精度限制，不能对泄漏点进行精确定位，所以常用来报警或辅助定位。
3、实例应用
以某输油管道为例：首站计量站——末站计量站铺设有9.8㎞管径Φ219*6mm钢制成品油输送管道2条（一用一备），采用间断输油方式，日输成品油约1000m3。出站压力1.5-2.5MPa，排量约40m3/h，密度为0.64-0.67g/cm3。
1）、首站计量间：日输成品油约1000m3，出站压力约1.5-3.0MPa，出站温度常温。出站安装有艾默生质量流量计1台，流量计后外输出口汇管装有压力变送器1台，压力、流量信号线已引入值班室。值班室具备局域网通讯条件。
2）、末站计量间：安装有接收首站计量站输送成品油艾默生质量流量计1台，流量计进口2#、3#管线分别装有压力变送器各1台，压力、流量信号线已引入计量岗值班室仪表柜。值班室具备局域网通讯条件。
4、数据分析
通过对输油管线的监控模拟分析得到下图输油波动曲线，该图为启泵时管道压力波动曲线。
当管线出现泄漏时压力波曲线出现突变，及时反馈泄漏时的压力变化，以及确定泄漏点地理位置。如下图所示：
5、结论
利用负压波法泄漏监测技术开发的管道泄漏监测报警定位系统，具有所需设备少、投资费用低等特点。系统在输油管道投用结果表明，此监测系统具有反应灵敏度高、定位准确、曲线直观等特点，满足了日常泄漏监测的生产要求。采用泄漏监测系统对成品油管线进行实时监控，及时发现影响管道安全运行的隐患，有力地打击盗油分子的嚣张气焰，避免重大安全及环境污染事故的发生，为管道的安全运行提供了保证，减少了企业效益流失，有广阔的应用前景及推广价值。
参考文献
1.胡月. 基于负压波原理的输油管线泄漏监测技术研究[D]. 长春理工大学.
2.吴国华, 徐华, 郑晓欧, et al. 负压波检测技术在输油管线泄漏监测中的应用[J]. 特种油气藏, 2004(s1).
3.杨雷, 孙云峰, 陈秀凤. 负压波-流量法管道泄漏监测技术在原油外输管道上的应用[J]. 石油规划设计, 2004(02):25-27+43.
论文作者:谢宏全
论文发表刊物:《科学与技术》2019年16期
论文发表时间:2020/1/15
标签：负压论文; 管道论文; 压力论文; 管线论文; 输油管线论文; 流量论文; 输油管道论文; 《科学与技术》2019年16期论文;