负压波定位理论在输油管道泄漏监测系统中的应用

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1、负压波定位理论在输油管道泄漏监测系统中的应用苏维均，廉小亲，于重重，曹志国（北京工商大学，北京100037）摘要：本文主要讲述了负压波理论在输油管道泄漏监测系统的具体应用情况；分析了采用负压波理论进行泄漏定位的过程中时间差的求解问题，提出了三种求取时间差的方法。通过负压波理论的定位公式以及时间差对泄漏点进行定位。关键词：输油管道、泄漏监测、负压波1引言在大型油田的生产中，原油从油井里开采上来之后，经过各地的输油站经输油管线输送到炼油厂，提炼出各种石油产品。由于油井在地理位置上分散性很大，所以输油管线不但长，覆盖区域也非常大。每年由于原油泄漏及人为打孔盗油给国家和企业带来巨大损失，并造成环境污

2、染。输油部门通常是派人轮流巡线，以及时发现泄漏，从而减少泄漏损失。但是，尽管昼夜不断地进行人工巡视，由于管线过长，仍不能及时发现泄漏；而且，以人工查寻的方式来进行输油管道的泄漏检测，也耗费了大量的人力、物力和财力资源。因此，对管道进行实时自动监测具有重要意义。近几十年来，管道工业得到快速发展，管道监控方面的研究课题显得尤为重要，而管道监控的重要问题是系统的泄漏检测。根据泄漏检测原理，目前用于泄漏检测的方法可以分为直接检测法和间接检测法：直接检测法即根据泄漏的介质进行检测，例如根据油气泄漏时所露出的地表痕迹以及散发的气味等进行检测；间接检测法则是根据泄漏引起的管道输送介质有关参数的变化来进行推

3、断。目前，国内外主要应用的泄漏检测方法有压力图像法（压力分布法）、压力点法（PPA）、负压波法、质[1]量平衡法、声波法、管道泄漏溶解法等等。本文主要介绍负压波法在输油管道泄漏监测系统中的具体应用。2输油管道泄漏检测系统的实现2.1系统组成结构本系统从总体结构上由上位机与下位机两个部分组成。上位机为工控机，下位机为压力采集系统。整个检测系统由放置在中央控制室的一台工控机和若干个近端或远端输油站点的压力采集模块组成。对于远端泵站，工控机首先通过调制解调器（Modem）拨号，连通远端的压力采集模块，实现各个站点的压力数据的采集与通信传输；对于近端的泵站，上下位机直接通过RS232进行通讯；工控机

4、对采集上来的压力信号以曲线的形式进行实时显示，并根据输油管道两端的压力采集信号，以负压波方法为理论基础，对输油管道中所出现的泄漏及时进行报警并确定泄漏点位置。系统的总体结构框图如图1所示。——————————————————————————北京市教委科技发展计划资助项目（01KJ—043）1近端远端图1系统组成结构框图2.2系统软件结构系统软件功能及结构如图2所示。正常数显示数据据处理曲线及报表中心否否系数数是否统据是异常数据属于确认是否初预据处理采异常发生泄漏始处中心集数据化理是泄漏报警图2系统软件功能框图3泄漏点定位算法该输油管道泄漏监测系统采用负压波法为理论基础，实现输油管道泄漏诊断。

5、3.1负压波法理论分析当泄漏发生时，泄漏处立即有物料损耗，从而引起局部压力降低。这个瞬变的压力下降作为振动源以声速通过管道中的油气向该点的上下游传播。其传播的速度在不同的输送介质中有所不同，在天然气中大约为300m/s，在液体油中大约为1000m/s。设置在泄漏点两端或泵站的传感器拾取压力波信号，并将所采集的压2标准分享网www.bzfxw.com免费下载力信号发送到中央控制室进行分析处理，根据压力波的幅值变化梯度的大小和上下游检测时间差即可确定泄漏量和泄漏位置。图3泄漏点定位图如图3所示，在长度为L的管道上，假设泄漏点为C，C点是管道上的任意一点。在图中假设泄漏点C产生的压力波传到首站（A

6、点）的时间为tA，传到末站（B点）的时间为tB。当管道的长度和输送的介质已知，在理想的情况下，忽略介质的粘度、温度、流动状态等因素的影响，假设压力波在油中的传播速度为v，则有：LLACLCBt=;t=;t=(1)LABvvv其中：t=t+t(2)LAB若tA与tB的时间差为Δt，则有：Δt=t−t(3)ABt+∆tL∴t=(4)A2www.bzfxw.comLL=v⋅t=⋅t(5)ACAAtLLtL+∆tL∆t∴L=⋅=⋅(1+)(6)ACt22tLL若测出Δt，即可由式（6）求得泄漏点C距A站之间的距离。3.2压力变化初始时刻的求取由于以上定位公式（6）是在理想条件下得出的，不宜直接应用于

7、实际工程。在应用时需要考虑到介质的粘度、温度、流速等对压力波传播速度的的影响，压力波此时的传播速度无法精确确认是多少，而且压力波在泄漏点往两端传播时速度并不相等。所以，我们不直接采用LAC=v·tA计算LAC，而采用间接方法，通过求取管长L、压力波传播整个管长所花的时间tL以及压力波从泄漏点传播到首末两端的时间差Δt来计算。L与tL都能事先进行测量，在定位算法中可以直接作为常量，我们的主要任务是完成时间差Δt