基于负压波和流量平衡的原油管道检漏定位系统

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（长庆油田分公司生产运行处， 陕西西安710018）

摘 要： 管道在多年的运行以后，管道防腐覆盖层会逐渐老化变质，失去其原有的保护作用，或者由于自然灾害和人为的破坏，导致管道泄漏的事时有发生，本文综述了负压波和流量平衡的原油管道检漏定位系统原理及技术，从而有效防止管道泄漏事件的发生，保障输油气企业的经济利益。

关键词： 泄漏； 定位； 应用

中图分类号： TP274.4 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）06-0038-01

近年来，管道自动检漏定位系统在输油管线上受到了越来越多的重视和应用。随着管道泄漏检测技术的不断发展，现有的管道泄漏检测方法很多，通常用于泄漏的检测的方法可分为直接检测法和间接检测法。直接检测法就是根据泄漏的介质进行检测，如根据油汽泄漏时所露出的地表痕迹以及散发的气味等进行检测；间接检测法就是根据泄漏引起的管道压力、流量等输送条件的变化和泄漏引起的声、光、电等变化进行检测。国内外主要应用的间接泄漏检测方法有压力分布法、压力点法(PPA)、负压波法、声波法等。对于这些检测方法，都各有优缺点。本文主要介绍负压波和流量平衡相耦合的方法在原油管道泄漏检测定位系统中的应用。

一、泄漏检测定位原理

当管道发现泄漏时，泄漏处产生因流体物质损失而引起的局部液体减少而出现瞬时压力降低和速度差。这个瞬时的压力下降，作用在流体介质上，作为减压波源，通过管线和流体介质向泄漏点的上下游传播。当以泄漏前的压力作为参考标准时，泄漏时所产生的减压波就称为负压波，这种方法称为负压波检测法。

在管道首末两端各安装一个压力变送器，根据泄漏产生的负压波传播到上下游的时间差和管内的压力波的传播速度就可以计算出漏点的位置，泄漏定位原理如图1所示。

假设首末两端接收负压波的时间分别为t1和t2，负压波的传播速度为υ，管道总长度为L，则泄漏点距离首端的距离x可表达为：

x=■

此公式的前提是负压波的传播速度为常数，但是声波的速度与媒质的密度、压力、比热和管道的材质都有关。由于国外都是轻质油，常温输送即可，原油的密度沿管线变化不大，所以波速可以近似看作常数。而我国原油具有“三高”特点，即高粘度、高含腊、高凝点的特点，必须加热输送。由于管道传输距离长，散热明显，像辽河油田高渤线首末端温度相差30℃，所以负压波的传播速度并不是一个常数，受温度影响很大。考虑到液体的弹性、密度和管材的弹性的因素，负压波传播速度υ可写为：

υ（t）=■

式中：K为液体的体积弹性系数；t为管道温度；ρ为液体的密度；E为管材的弹性模量；D为管道的直径；e为管壁厚度；C为与管道约束条件有关的修正系数。

这里液体体积弹性系数K和密度ρ都是温度的函数。所以采集压力的同时还要采集管道的温度用来校正负压波的传播速度，提高定位精度。

负压波法具有较高的响应速度和定位精度，但易受管线运行工况的影响。在压力波动较大或压力较小（0.2～0.3MPa）的管线中，由于产生的负压波很小，传递到探测器后能量已经很低，经常会被淹没而分辨不清，所以对于原油管道中出现的小泄漏一般情况下采用负压波法是很难检测出泄漏。鉴于此，我们结合流量平衡原理来弥补对原油管道泄漏的检测。

流量平衡原理是指根据油气储运理论，密闭管线的输入量之和等于管线的输出量之和。实际上，进出口瞬时流量一般是不平衡的，在正常情况下，输差值幅度比较稳定。采用实时监视输差的方法，如果输差的稳定状态被破坏，比如输差值幅度明显上升，就可以断定管线有异常情况发生；还可以通过计算机对产生泄漏这一段时间内的输差曲线进行积分，可以准确计算出漏失量。流量平衡优点是灵敏度高、设备简单、安装方便、成本较低、缺点是不能发现泄漏点的位置。

基于以上的理论，原油管道检漏定位系统采用流量平衡法和负压波法相耦合的办法进行泄漏检测和定位，只有在压力拐点、输差增大同时出现的情况下，系统才做进一步的分析处理，从而有效地降低误报率，提高报警的准确性。

二、试验结果

基于此设计方案，采用北京中加诚信管道公司开发的线诊断系统。试验管道位于甘肃庆咸输送管线，管线全长225km，由3个站组成和9座阀室组成，原油管道内径377mm，出站温度57℃，进站温度约32℃，输油流量380m3／h。为了检测系统可靠性，在输油站内进行了模拟泄漏试验。

模拟泄漏试验：在管道中间某阀室进行放油试验，来模拟实际泄漏过程。马莲河阀室站距首站45.15km，末站179.85km，即模拟泄漏点距离上游站45.15km，一共进行了5次放油试验，从模拟泄漏的诊断结果来看，泄漏检测系统能够在较短的时间内判断出发生泄漏的管段并给出泄漏位置；试验最小定位误差为0.29％，达到了较高的定位精度，由现场试验可见，基于流量平衡和负压波法相结合的管道泄漏检测系统，相对定位误差达到了O.29%的较高定位精度，说明系统运行稳定可靠、移植性好，是一种值得推广的管道泄漏诊断方法。

三、结论

通过近几年的实际应用，我们发现该软件对于泄漏的检测相当准确，但在定位方面不是很准确。当然这与管线本身及运行工况的复杂性是有一定的关系的，在今后的运行中要对尽可能保证运行工况的平稳，同时多总结以前的经验，有必要的管段上可以增加相应的检测点来达到准确定位的目的。长期的观察发现，泄漏时各段的流量变化比较突出，而压力变化较小，故通过流量的相对量变化更适用于本系统的报警。在后期的维护中可以逐步增加对流量定位的研究，争取使泄漏点的定位更加准确。另外在实际应用中还发现误报警比较多，针对这样的情况，可以根据实际运行中的经验数据对一些设定的数值进行重新设定来消除一些不必要的报警系统，避免给调度人员造成报警疲劳。相信随着参数设置及运行工况等情况的不断的改进，自动检漏系统会在管道运行中发挥更大的作用。

参考文献：

[1] 李佩.自动检漏系统在靖咸输油管道的应用.长庆油田QHSE论文集，2005.

[2] 李彦荣.基于负压波和流量检测管道泄漏定位系统研究.豆丁网，2011.