管道泄漏检测中实时模型法的研究

末端压力为 5 4M Pa。运用该方法求得的泄漏点的 位置距首端 28 17 km, 管道实际 泄漏点的位置在
距首 端 27 70 km 处, 从 而 泄 漏 定 位 精 度 为
0 72% , 对于大于 2% 的泄漏可报警。
兰 成 渝管道实时地图
兰 成 渝管道具有兰 州首站、临 洮分输泵 站、 陕西分输站、成县分输减压站、广元分输减压站、 江油清管站、绵阳分输站、德阳分输站、彭州分输
参 考文献
1 张国忠 管道瞬变流分析 山东省东营市: 石 油大学出 版社, 1994
2 唐秀家 不等 温长 输管 道泄 漏定 位理 论 北 京大 学学 报, 1997, 33 ( 5): 574~ 579
3 刘忠勇, 尚孟平 一种新型管道泄漏检测装 置 油气储 运, 2000, 19 ( 16): 53~ 54
选择合适的数值方法便可解出水力热力模型的
数值解, 通过管道首末端边界计算出压头随温度的
变化曲线和温度沿管道分布的关系。
根据定时采集到管道的首末端边界条件, 若数
学模型正确且管道运行正常, 由管道首端边界条件
解出的其末端参数应与实测值吻合, 反之亦然。但
是当管道发生泄漏时, 其方程的运算结果将不能吻 合, 管道的运行状况分为泄漏点前后两部分。在管
摩阻系数;
QR 、Q Z 管道首末端的流量, m3 / s。
实验表明该方法能检测出大于 4% 的泄漏, 但
定位精度低, 不足 10% 。定位误差 较大的原因是
未考虑油温变化对诸多参数的影响。但是实际上管
道中的油流压力由于摩阻的作用会不断下降, 并转
化为摩擦热加热油流, 而油品物性又是随油温呈非
线性变化的, 所以这种等温管道模型与实际热油管 道的温降规律不相符合。为此, 笔者对热油管道实
K D ( t - T 0 ) dl = - GC dt
( 5)
式中 K 管道的总传热系数, W / ( m 2 );
D 管道外径, m;
t 油品的温度, ;
T 0 管道周围介质温度, ; G 油品的质量流量, kg / s; C 油品的比热容, J/ ( kg ) 。
考虑摩擦热影响, 管道末端温降计算值将更接
图 2 广元与江油站间局部放大图
局部放大图可以更准确地对实时地图进行分析 和显示泄漏点的位置, 如果用实时模型法计算出在
作者简介: 王朝晖, 教授, 生于 1968年, 1995年 获北 京科技大学工学博士 学位, 石油 大学 博士后, 现为 机电学 院副院长, 从 事 机 械 设 备 故 障 诊 断 的 研 究 工 作。 地 址: ( 102249) 北 京 市昌 平 区。电 话: 13601356851。 E - m a i:l cwzh680501@ sohu com。
笔者在对热油输送管道热力水力进行分析的基 础上, 给出了根据管道两端参数对管道泄漏进行定 位的方法, 并且建立了兰 成 渝输油管道的实时管 道地图。当管道发生泄漏时, 实时模型法计算出泄 漏点的位置, 并显示在电子地图上。
实时模型法的原理
实时模型法的工作原理是由一组几个方程建立 一个精确的计算机管道实时模型模拟管道中流体的 流动, 此模型与实际 管道同步 执行 [ 2 ] 。定时取管 道上的一组实际值, 如上下游压力、流量, 运用这 些测量 值, 由模型估 计管道中流体 的压力、流量
pR - pZ = h g
( 2)
式中
油密度, kg /m3;
g 重力加速度, m / s2。
当管道发生泄漏时有
p = ( pR - pZ ) = h g >
( 3)
式中 p 压力损失, MP a;
报警阈值。
* 本研究课题为霍英东青年教师教育基金资助项目 ( 91051) 、北京 市科技新星基金 资助项目 ( 2003B33) 和国家 自然科学基 金资助项 目 ( 50375103)。
收稿日期: 2004- 12- 10 (本文编辑 王志权 )
automatic m on itor ing system for trailer m ounted pum ping un it. CPM, 2005, 33( 4): 30~ 31, 33
S ince the ex isting tra iler mounted pum ping unit is inconven ient to operate, an autom atic m on itor ing system is deve loped. T he system can m ake a rea l tim e display o f the load, depth and ve locity. H a ll sensor is adopted to m easure the rotary speed of the pu lley; sing lech ip com puter is used to com pute the depth of setting and rising distance o f the pum p; strain m easur ing tech n ique is used to test the tensile force of the w ire line, so the load computation can be accomp lished. A s the co re component of the system, the con tro l cab inet is connec ted w ith the pneuma tic con trol executive part, and can carry ou t the contro l o f the brake and clu tch.
2005年 第 33卷 第 4期
王朝晖等: 管道泄漏检测中实时模型法的研究
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站、成都分输泵站、简阳分输站、资阳分输站、内 江分输泵站、隆昌分输站、永川分输站及重庆末站 共 16座工艺站场。
兰 成 渝管道实时地图 ( 图 1) 的建立, 可以 在线分析泄漏点的位置实时监控地图的状态。该地 图可以从总体上观察 16座工艺站场地理上的关系。 若某点 发生泄漏, 可 以进行实时显 示和定位。同 时, 还具有局部放大功能。
K ey w ords: tra iler m ounted pum ping unit, autom atic mon i tor ing system, contro l cabine t, H all senso r, stra in
H uang Botang( College of M echanical Eng ineering, Yangtze Un ivers ity, J ingzhou City, H ubei P rovince ), H u Shu long. A simp le me thod for determ in ing reference nodes for strength analysis of pum ping jack. CPM, 2005, 33( 4): 32~ 33
维持在 67 5 , 管道末端温度 50 , 环境地温为 1 , 总传 热系数为 0 87 W / ( m2 ), 正 常流 量为 0 057 m3 / s。当发生泄漏时, 管道末端测得的 流量为 0 096 m3 / s, 管道首端测得的流量为 0 121 m3 / s, 实测泄漏时管道首端压力为 6 9 M Pa, 管道
近测量值。得到 dl微元管段上的能量平衡式
K D ( t - T 0 ) dl = - GC dt + gG idl ( 6)
i=
Q 2- m m D 5- m
( 7)
式中 i 管道沿程油流水力坡降 ;
油品的运动粘度, m2 / s;
m,
与原油流态有关的系数。
于是, 可得热油输送管道的热力方程
dl = Q 3-m
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石油机械
2005年 第 33卷 第 4期
报警阈值的大小与检漏率、误报率、仪表精度
等多种因素有关, 应根据实验来确定。若泄漏发生
在距管道首端 X 处, 则
X
=
( pR - pZ )d5 - 0 082 6 Z gLQZ 2 0 082 6 g ( R QR 2 - ZQZ 2 )
( 4)
式中 R、 Z 管道前后段 (以漏 点为界 ) 的
关键词 实时模型法 管道泄漏 实时地图 报警
引
言
管道输送是一种非常重要的运输方式。然而, 管道因腐蚀、操作失误及人为破坏等因素都可能引 起泄漏, 不仅造成油品流失和环境污染, 而且可能 导致燃烧甚至爆炸事故, 因而管道泄漏检测技术越 来越引起人们的重视。
实时模型法是多年来国际上着力研究的检测管 道泄漏的一种方法。实时模型法进行管道泄漏检测 的突出特点是对泄漏 的敏感性好, 可对泄漏点定 位, 并对管道进行连续监测 [ 1] 。
阻水力微分方程
dh = idl( 9)将管道的来自力坡降 i代入得dh =
Q 2-m D 5- m
m
dl
( 10)
将式 ( 8) 代入式 ( 10) 得
dh =
Q 3-m
m
Q 3- m g-K
mC D 6-m
(
t-
T0 )
dt
( 11)
式 ( 8) 、 ( 11) 便是反映油品流动特性和物性
的热力和水力方程。
结
论
图 1 兰 成 渝管道实时地图
若发现任意两个站场间某处发生泄漏, 可以实 时显示任意两站场间的放大图 ( 图 2)。
运用实时模型法, 给出了根据管道两端参数测 量管道泄漏的数学模型, 建立了兰 成 渝管道实时 地图, 同时介绍了实时模型法在管道泄漏检测技术 中的应用。兰 成 渝管道实时地图的建立, 可以实 时显示泄漏点的位置, 并对泄漏点的工况进行有效 分析。