负压波法具有较快的响应速度和较高的定位精度。其定位公式为
式中 α——管内压力波的传播速度,m/s;
K——液体的体积弹性系数,Pa;
ρ——液体的密度,kg/m ;
E——管材的弹性,Pa;
D——管道的直径,m;
e——管壁厚度,m;
C ——与管道约束条件有关的修正系数;
式中弹性系数K和密度ρ随原油的温度变化而变化,因此,必须考虑温度对负压波波速的影响,对负压波波速进行温度修正。在理论计算的基础上,结合现场反复试验,可以比较准确的确定负压波的波速。
② 压力波时间差 的确定
要确定压力波时间差 ,必须捕捉到两端压力波下降的拐点,采用有效的信号处理方法是必须的,如:Kullback信息测度法、相关分析法和小波变换法。
③ 模式识别技术的应用
正常的泵、阀、倒罐作业等各种操作也会产生负压波。为了排除这些负压波干扰,在系统中采用了先进的模式识别技术,依据泄漏波与生产作业产生的负压波波形等特征的差别,经过现场反复模拟试验, 提高了系统报警准确率,减少了系统误报警。
2.2.2流量检测
管道在正常运行状态下,管道输入和输出流量应该相等,泄漏发生时必然产生流量差,上游泵站的流量增大,下游泵站的流量减少。但是由于管道本身的弹性及流体性质变化等多种因素影响,首末两端的流量变化有一个过渡过程,所以,这种方法精度不高,也不能确定泄漏点的位置。德国的阿尔卑斯管道公司(TAL)原油管道上安装使用了该系统,将超声波流量计,夹合在管道外进行测量,然后根据管道温度、压力变化,计算出管道内总量,一旦出现不平衡,就说明出现泄漏。日本在《石油管道事业法》中也规定使用这种检漏系统,并且规定在30s中检测到泄漏量在80L以上时报警。流量差法不够灵敏,但是可靠性较高,它跟压力波结合使用,可以大大减少误报警。
3 应用效果与推广情况
经过胜利油田组织的专家验收和现场试验,系统达到的主要技术指标:
①最小泄漏量监测灵敏度:单位时间总输量的0.7%;
②报警点定位误差:≦被测管长的2%;
③报警反应时间:≦200秒。
胜利油田输油管道泄漏监测报警系统整体水平在国内居于领先地位,应用效果和推广规模都是较好的,目前胜利油田油气集输公司输油管道上已经推广应用检漏系统,取得了明显的效益,多次抓获盗油破坏分子,有力地打击了盗油犯罪,为油田每年减少经济损失1000多万元,为管道的安全运行提供了保证。
4 结 论
4.1 采用负压波与流量相结合的方法监测输油管道的泄漏是有效的、可靠的;
4.2 依靠油田局域网进行实时数据传输能够提高泄漏监测系统的反应速度,能够实现全自动的泄漏监测报警与定位;
4.3 在油田输油管道安装管道泄漏监测系统能够确保管道安全运行,明显减少管道盗油事故的发生,具有明显的社会效益和经济效益。
参考文献
1、《管线状态监测与泄漏诊断》 化工自动化与仪表 王桂增等
2、《原油管道泄漏检测与定位》 仪器仪表学报 靳世久等
3、Designing a cost-effective and reliable pipeline leak-detection system Dr JunZhang Pipes & Pipelines International January-February 1997
4、W Al-Rafai and R J Barnes Underlying the performance of real-time software-based pipeline leak-detection systems Pipes & Pipelines International Nov-Dec. 1999