输油管道泄漏检测及定位方法研究

[摘 要]由于管线的管径大、输量大、压力高，一旦发生管线泄漏事故其危害也是相当严重的，此外每年由于人为打孔盗油引起的管道泄漏事故更是给油田造成了巨大的经济损失。因此，一个实时、准确的管道泄漏检测定位系统将能有效地降低泄漏损失、减少巡线工作中人力物力的浪费，同时也有助于输油管线的管理以及企业经济效益的提高。本文确定了负压力波为主并以流量参数分析为辅的泄漏检测定位方案，这种方法既能及时准确地判断出泄漏的发生，又能有效地避免管道中泵站的开、停泵带来的泄漏误报警。

[关键词]输油管道泄露 检测 负压力波法

中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0312-01

1 常规负压力波法泄漏检测技术

负压力波法是目前国际上应用较多的管道泄漏检测和定位的方法，它是基于信号处理的泄漏检测和定位的方法。它无需建立管道的水力、数学模型，且大多只用压力信号，特别适合我国管线的应用。

由于输油管道的导波作用，这种由泄漏产生的负压力波能够沿管道传播数十公里以上的距离。其传播速度大致等于声波在管道输送流体中传播的速度，原油管道中负压力波的传播速度约在1000-1200米/秒之间。由于负压力波的远传特性，因此可以利用安装在管道首、末两端的压力传感器捕捉到包含泄漏信息的负压力波，并据此检测泄漏的发生。确定泄漏发生后，可根据泄漏产生的负压力波传播到管道首、末两端的时间差以及负压力波波速进行泄漏定位。

2 热输油管道的负压力波泄漏检测定位方法

我国的原油属于高蜡、高粘度的油品，因此在输送过程中采用的是加热输送技术。加热输送与等温输送的不同在于输送过程中存在着两方面的能量损失：摩擦损失和散热损失。在加热输送管道中，由于油温远高于管道周围的环境温度，在径向温差的推动下，油流所携带的热量将不停的向管外散失，使油流在前进的过程中不断降温。随着散热损失的进行，使得油流的粘度在前进过程中不断上升，因而单位管长的摩阻不断增大，摩阻损失的情况也是在不断变化的。因此在热输油管道中使用负压力波泄漏检测定位方法时，必须要考虑原油输送管道的热能损失过程对负压力波波速带来影响。

在加热输送管道中，油品经加热后在沿管道流动的过程中，会不断将自身的热量散失到温度较低的管路周围的介质中去，因而使油流的温度沿管道不断降低。设油流的起始温度为Ti℃，管道周围介质的温度为T0℃，加热油流流到距起点某处时，温度已降至T℃。当由该处开始再往前一小段距离为dl的管道中，油流向外散失的热量为dQ=K（T-T0）*π*D*dl，其中K为油流向周围介质的总传热系数。再设油流流过dl距离后，油温降低了dT℃，那么油流放出的热量dQ’=-G*C*dT。因dl与dT的方向相反，因此存在负号。

由于油流在沿管道流动过程中，摩擦阻力而使压力不断下降，这部分压力损失转换为摩擦热加热了油流。但是这部分由于摩擦阻力使得油温的变化，相对由于油流沿程散热带来的油温度变化是很小的，因此可以忽略不计。（用来计算油温TX的D、G、C、Ti 、T0等参数要根据实际应用的管道，来确定具体的值。

输油管道内负压力波的波速是取决于管输原油的弹性、密度以及管材的弹性的，原油的体积弹性系数随品种、温度、压力的不同而不同。

3 负压力波法泄漏检测定位中的关键因素

负压力波泄漏检测定位方法的优点是检测速度快、定位准确、成本费用低，因此在国内外得到了广泛的应用。使用负压力波法要实现精确泄漏定位的关键在于需要得到管道长度、负压力波速以及负压力波到达管道首末两端时间差Δt的准确值。其中管道的长度可以通过实际测量得到，管道首末两端压力下降的时间点T1和T2则需对压力波形数据进行分析后得到，具体的方法将在第三章中具体介绍。

对于负压力波的波速由于受原油温度的影响较大，因此会因采用的原油输送方式的不同将而存在差异。目前原油的输送方式有两种：等温输送和加热输送。等温输送适用于轻质成品油和低粘度原油。该方式沿线不需要加热，油品从首站进入管道，经一定距离后，管内的油温就会等于管道外土地的温度，故称之为等温输送；加热输送适用于高粘原油，是在首站将油品加热后再送入管道进行运输。加热输送的目的在于：通过提高输送的温度使油品的粘度降低，从而减少摩擦损失、降低管输压力，使输油的总能耗小于不加热输送；另外通过加热也使得管内最低油温维持在凝点以上，保证了安全输送。因此，负压力波的计算公式需要根据实际的应用中的具体情况而确定。

4 结论

随着现代工业的不断发展以及对石油、天然气等工业原材料需求的日益增大，管道运输以其独特的运输优势在世界经济中发挥着愈来愈重要的作用。与此同时，由管道运输中管输介质泄漏而引发的损失、带来的危害，也越来越被各国所广泛重视。因此不断研究和提高管道泄漏的检测技术是极为必要的。

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