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成品油管道技术

发布时间: 2011-03-31     来源:

1.         负压波泄漏检测方法

  当管道因机械、人为破坏、管材腐蚀老化等因素发生泄漏时,管内外压差使流体迅速流失,泄漏部位的物质损失使临近部位流体密度减小,压力降低并且以类似于声波向上下游扩散,在管道两端安装的压力传感器分别在t.时刻和t:时刻捕捉到这种信号,从而判断管道发生了泄漏,进而根据负压波传到管道两端的时间差和负压波波速就可以进行泄漏定位。

由负压波定位公式可以达到以下目的:

(1)准确地确定负压波在管道中的传播速度。

(2)确定泄漏负压波信号传到管道上下游压力传感器的时间差。

(3)统一各泵站工控机系统时间,以得到负压波传输到两端的精确的时间差。

(4)消除由于管道运行工况的变化而造成的负压波对泄漏检测系统的干扰。

2.         质量平衡泄漏检测法

  该方法基于管道中流体流动的质量守恒关系,在管道无泄漏的情况下,进入管道的质量流量应等于流出管道的质量流量。当泄漏程度达到一定量时,入口与出口就形成明显的流量差。检测管道多点位的输入和输出流量,或检测管道两端泵站的流量并将信号汇总构成质量流量平衡图像,根据图像的变化特征就可确定泄漏的程度和大致的位置。该方法简单、直观。但油品沿管道运行时其温度、压力和密度可能发生变化,管道内可能顺序输送不同种类的油品,管道沿线进出支线较多,这些因素使管道流体

状态及参数变得复杂,影响管道计量的瞬时流量,从而容易造成误检。为了提高检测精度和灵敏度,人们改进了基于时点分析的流量平衡法。改进后的动态流量平衡法在

检测精度和灵敏度方面比一般的流量平衡法有所提高。在使用改进后的动态流量平衡法进行管道泄漏检测时,流量计的精度和管道油品存余量的估计误差是该技术中的两

个关键因素。减小流量计的测量误差可显著提高检漏的精确性,为此可以采用拟合流量计流量误差曲线的方法,对流量计进行精度补偿,对计量精度进行实时在线校正,

从而提高管道检漏的精确性。另外为了保证对两个流量计之间管道油品存余量预测的精确性,两流量计问的距离不能设置得太长。但是改进后的动态流量平衡法需要建立

管线的动态模型,而且用这种方法确定泄漏位置对少量泄漏的敏感性差,不能及时发现泄漏,因此采用质量平衡法检测管道泄漏需要配合其它方法使用。

3.         实时模型泄漏检测法

  实时模型法是近年来国际上着力研究的检测管道泄漏的方法。自上世纪80年代中后期以来,我国也对实时模型法进行了研究。其基本思想是根据瞬变流的水力模型和热力模型考虑管线内流体的速度、压力、密度及粘度等参数的变化,建立管道的实时模型,在一定的边界条件下求解管内流场,然后将计算值与管端的实测值相比较。当实测值与计算值的偏差大于一定范围时,即认为发生了泄漏。在泄漏定位中使用稳态模型,根据管道内的压力梯度变化可确定泄漏点的位置。主要方法有以估计器为基础的实时模型法、以系统辨识为基础的实时模型法和基于扩展Kalman滤波器的实时模型法。

  以估计器为基础的实时模型法是上世纪80年代中期发展起来的一项技术,由于管道内流体的各物理参数都可能随时间变化,属于一类时变的非线性系统,因而运用估计器能较好地处理上述问题。估计器的输人为上下游入口压力值,输出为上游站出口和下游站入口的流量值。在泄漏量较小的情况下,可以假定上下游入口压力不受泄漏的影响,只是压力梯度呈折线分布,因而估计器的输出也不受泄漏的影响。但是,当管道发生较大的泄漏后,管道上游站出口实测流量将因泄漏而变大,下游站入口的实测流量将因泄漏而变小。由实测值与估计值得出偏差信号,通过对偏差信号做相关分析,便可得到定位结果。该方法需要在管道上安装流量计,对仪表的要求高,对于管道泄漏量比较大的情况,该方法假定上下游入口压力不受泄漏的影响是不成立的。以系统辨识为基础的实时模型法分别建立故障灵敏模型及无故障模型进行检测和定位,以满足泄漏和定位对模型的不同要求。在管道完好的条件下,建立无故障模型和故障灵敏模型,然后,基于故障灵敏模型,用自相关分析算法实现泄漏检测;基于无故障模型,用适当的算法进行定位,最后进行泄漏量估计。该方法的缺点是对仪表的要求高,运算量大。基于扩展Kalman滤波器的实时模型法将管道等分成n段,假定中间分段点上的

泄漏量分别为QI、Qz、Qn。然后,建立包括上述泄漏在内的状态空间离散模型,用Kalman滤波器来估计这些泄漏量,运用适当的判别准则,便可进行泄漏点的检测和定位。该方法需假定管道内流体的流动是稳定的,需要在管道上安装流量计,检测和定位精度与管道的分段数rl有关。

   实时模型法的报警门限值与测量仪器误差、流动模型误差、数值计算过程中产生的误差以及要求的报警时间有关。如果采用较d,f-]限值来检测更小的泄漏,那么由于以上原因导致的不确定性就会产生更多的误报警;如果要求低的误报警率,那么所能检测到的最小的泄漏必然变大。该方法要求管道模型准确,但是影响管道动态仿真计算精度的因素众多,因此采用该方法进行检漏及定位的难度很大,并且误报警率高是实际应用中的一个难以解决的问题。

4.         统计决策泄漏检测法

  统计决策法是壳牌公司开发出的一种新型的管道检漏方法。该系统根据管道出入口的流量和压力,连续计算压力和流量之间关系的变化。当泄漏发生时,流量和压力之间的关系就会变化。它使用序贯概率比检阅(SPRT)的方法和模式识别技术对实测的压力、流量值进行分析,连续计算发生泄漏的概率,并利用最小二乘法进行泄漏点定

位。该方法使用统计决策论的观点较好地解决了瞬变模型中误报警的问题,而且不用建立复杂的管道模型,降低了计算上的复杂性。统计泄漏检测系统还具有在线学习能力,可以适应管道参数的变化该方法的主要优点是原理简单,维护方便,适应性好,缺点是检漏精度受仪表精度影响比较大,定位精度较差。

5.         压力梯度泄漏检测法

  压力梯度法是上世纪80年代末发展起来的一种技术,它的原理是:当管道正常输送时,站间管道的压力坡降呈斜直线,当发生泄漏时,漏点前的流量变大、坡降变陡,漏点后流量变小、坡降变平,沿线的压力坡降呈折线状,折点即为泄漏点,据此可算出实际泄漏位置。压力梯度法只需要在管道两端安装压力传感器,简单、直观,不仅可以检测泄漏,而且可确定泄漏点的位置。但因为管道在实际运行中,沿线压力梯度里非线性分布,因此压力梯度法的定位精度较差,而且仪表测量对定位结果有很大影响。所以压力梯度法定位可以作为一个辅助手段与其它方法一起使用。针对线性压力梯度法定位精度差的问题,国内学者提出了不等温长输管道泄漏定位的方法。通过建立反映管道沿程热力变化的水力和热力综合模型,找到更能反映实际情况的非线性压力梯度分布规律,进行泄漏定位。此方法对于原油(或其它流体)在粘度、密度、热容等特性方面随着沿程温度下降有较大变化的管道显示出很大的优越性,但该方法需要流量信号,而且需要建立较复杂的数学模型,增加了计算量。

6.         应力波泄漏检测法

  管线由于腐蚀、人为打孔原因破裂时,会产生一个高频的振动噪声,该噪声以应力波的形式沿管壁传播,强度随距离按指数规律衰减。在管道上安装对泄漏噪声敏感的传感器,通过分析管道应力波信号功率谱的变化,即可检测出流体的泄漏。由于影响管道应力波传播的因素很多,在实际中很难用解析的方法准确描述出管道振动。有人提出使用神经网络学习管道正常信号与泄漏信号,进而对管道的泄漏进行判断。

7.         声波泄漏检测法

  当管道内液体泄漏时,由于管道内外的压力差,使得泄漏的流体在通过漏点到达管道外部时形成涡流,这个涡流就产生了振荡变化的压力或声波。该声波可以传播扩散返回泄漏点并在管道内建立声场。声波法是将泄漏时产生的噪声作为信号源。当管道发生泄漏时,泄漏点产生的声波沿管道向两端传播,通过设置好的传感器拾取该声波,经处理后确定泄漏是否发生并进行定位。传统的声波检测是利用离散型传感器,即沿管道按一定间隔布置大量传感器,这种方法成本很高。近年来随着光纤传感技术的发展,已开发出连续型光纤传感器进行泄漏噪声检测。使用光纤替代大量的传统传感器,降低了检测成本,而且连续型传感器与传统传感器相比也提高了检测能力。