【正文】 件方法主要包括氣體、直觀、壓力和聲學(xué)傳感器。攜帶氣體采樣器沿著管道進(jìn)行檢測是氣體采樣的方法。使用溫度傳感器對泄漏處的溫度進(jìn)行采樣，分析溫度的變化是直觀檢測的方法，將多傳感器電纜沿著管道進(jìn)行鋪設(shè)就是采用了直觀傳感器進(jìn)行檢測的一種方法。當(dāng)泄漏發(fā)生時，會有液體從管道流出，這時會有聲音發(fā)出，液體的物理性質(zhì)決定了聲波在管道中的傳播速度。檢測這種波的波速就是利用了聲波傳感器。由SCADA 系統(tǒng)提供的溫度，流量等數(shù)據(jù)，然后在通過其變化以及壓力點(diǎn)的分析和動力模型的方法進(jìn)行檢測便是軟件方法。管道運(yùn)輸?shù)陌踩趪庖训玫搅酥匾?，而且，泄漏技術(shù)已經(jīng)相對成熟。應(yīng)用范圍也比較廣 [1]。目前，我國油田大多是長距離輸油管道。而且，大多沒有安裝泄漏自動檢測系統(tǒng)，主要的檢測方式是人工沿管道巡視，人工讀取管道中的數(shù)據(jù)。在這種情況下，管道的運(yùn)行安全得不到保障。從九幾年開始我國長距離的輸油管道檢測系統(tǒng)的研究已經(jīng)有一定的發(fā)展，在最近幾年有了突破性的進(jìn)展。 課題研究的內(nèi)容及擬采取的方法齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2本設(shè)計(jì)主要采用的是負(fù)壓波法。當(dāng)長輸管道發(fā)生泄漏時，管道的泄漏會導(dǎo)致管道內(nèi)外的壓差，使得泄漏處的壓力突降，由于壓差的存在，泄漏處周圍的液體會向泄漏處補(bǔ)充，負(fù)壓波因此產(chǎn)生。這個波動會從泄漏點(diǎn)向上、下游傳播，并以指數(shù)律衰減，逐漸歸于平靜，這種壓降波動是幾乎垂直的前緣，與一般的波動不太一樣。這種瞬變的壓力信息通過管道兩端的壓力傳感器進(jìn)行接收，從而判斷泄漏的發(fā)生。測量泄漏點(diǎn)產(chǎn)生的負(fù)壓波到達(dá)上、下游的時間差以及此波動的傳播速度可以有效的計(jì)算出泄漏點(diǎn)的位置，在下一章中將具體的進(jìn)行研究。較快的響應(yīng)速度和較高的定位精度便是選擇研究負(fù)壓波的原因。本課題著重進(jìn)行了以下幾方面的研究工作：1．提出了輸油管道非接觸式壓力測量的思想，并合理的采用了利用負(fù)壓波法測量管道泄漏的方法。2．使用負(fù)壓波泄漏檢測與定位方法，研究通過負(fù)壓波定位泄漏點(diǎn)，以及影響負(fù)壓波傳播的原因。3．研究壓力變送器，溫度變送器，流量傳感器等設(shè)備對信號的采集，傳送。4．根據(jù)系統(tǒng)功能要求，設(shè)計(jì)了輸油管道泄漏檢測的硬件系統(tǒng)，包括傳感器、主控單元和 GPRS 等。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3第 2 章 輸油管道泄漏檢測方法 負(fù)壓波的產(chǎn)生與特點(diǎn)輸油管道因?yàn)槎喾矫娴脑蛞l(fā)泄漏，立刻會有流體從泄漏部分流出，這種反應(yīng)會將滲漏地方的壓強(qiáng)大小，從而油密立即引起改變。輸油管道里的原油因?yàn)椴婚g斷性不可能馬上變化速度大小，因?yàn)樵驮跐B漏處與鄰近的周圍方位的壓強(qiáng)不同引起原油自上游地區(qū)把滲漏區(qū)域補(bǔ)充上，因此又該導(dǎo)致和滲漏地方毗鄰的地方的油密和壓強(qiáng)的下降。該問題導(dǎo)致滲漏地方發(fā)生大面積蔓延，該現(xiàn)象在水利工程學(xué)上別叫做負(fù)壓波，該波的傳遞速率別定義為在輸油管道中的傳遞速率。管道的泄漏指標(biāo)，在外因的影響下，運(yùn)行速度快，運(yùn)行時間長，運(yùn)行距離遠(yuǎn)。但是在傳感器的感知下，還是可以被捕捉發(fā)現(xiàn)的。通過傳感器的感知只可知道可以測出指標(biāo)的速率和位置。但指標(biāo)的速率在不同的環(huán)境下運(yùn)行是不同的。在一些油中傳播的速率可達(dá) 11001300m/s。由于傳播速率超強(qiáng)，因此在管道漏油時可以迅速被發(fā)現(xiàn)，并迅速得到處理。保障了人身和財產(chǎn)損失 [2]。鑒別漏油指標(biāo)的大小范圍，就顯得尤為重要。如果對漏油指標(biāo)處理得好，也會獲得很好的經(jīng)濟(jì)利益，在發(fā)生漏油事故時要正確恰當(dāng)處理。并且還應(yīng)該提高檢測技術(shù)，減少漏油事故的發(fā)生 [4]。針對泄漏時壓力傳播現(xiàn)象的某些特征，可以采取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?。如果知道輸油管線的一些具體物理參數(shù)，就可以通過這些物理參數(shù)再加上壓力的速度和波形就能找出哪里出現(xiàn)漏油。由于漏油時管道壓力和壓強(qiáng)的變化劇烈，與普通認(rèn)為無操作引起的壓力和壓強(qiáng)相差甚大，所以認(rèn)為操作失誤還是管道本身泄露是能被鑒別出來的。當(dāng)輸油管線在距首端 x 處發(fā)生泄漏時，由于壓力差的原因，該點(diǎn)的壓力會降低從而產(chǎn)生壓力波動，這個壓力降 Δp 以負(fù)壓波的形式向管道兩端傳播，Δp 向首端的傳播速度為 vu ，向末端的傳播速度為 v+u 。0 0管道泄漏產(chǎn)生的壓力波水擊壓力波 u 類似，壓力值也會隨著液體流速的瞬時變化而變化，流速和壓力降的關(guān)系見式(21)：Δp= (21))(20uvgr?式中： ——由于液體流速瞬時變化引起的壓力變化p?v——負(fù)壓波在該管路中的傳播速度(m/s)r——液體的重度（kgf/m 3）。g—重力加速度(m/s 2)齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4u——突然改變后的液體流速(m/s)u ——正常輸油時液體的流速(m/s)0 輸油管道模型在輸送高凝點(diǎn)、高黏度和高含蠟原油時，一般都需要加熱輸送；而當(dāng)管道輸送成品油和低凝點(diǎn)、低黏度原油時，則一般采用常溫輸送的方式進(jìn)行。管道輸送的總流程可以大致分為油田內(nèi)部或油田之間相互輸送、各個儲油、加工油工廠之間相互輸送、加油站各個用油廠之間的相互輸送、各個學(xué)校、工廠政府、企業(yè)之間的相互輸送，輸送管道四通八達(dá)，為成品油輸送渠道提供便利。通常是加油站之間或者各個加油站之間進(jìn)行油的調(diào)度運(yùn)輸。加油站的輸送設(shè)備對輸油的速度有很大影響。輸油管道的開頭是第一站，在第一站輸油管道需要經(jīng)歷一系列程序才能進(jìn)入下一站，在這一站中對輸油設(shè)備進(jìn)行一些預(yù)處理，該加熱就加熱，該輸送就輸送，把初級品質(zhì)的油送到下一站。除去管道的開頭和結(jié)尾就是第二站，第二站是第一站的深加工，將第一站運(yùn)來的油進(jìn)行加壓、加溫處理，這一站對輸油的設(shè)備有很高要求，需要經(jīng)常對設(shè)備進(jìn)行檢查維護(hù)避免發(fā)生事故影響油的運(yùn)輸，也可以避免造成人身和財產(chǎn)損失。最后一站是第三站，在管道的結(jié)尾處或者說是管道的末梢處。第三站是輸油管道最重要的一站，如果在這個環(huán)節(jié)出現(xiàn)事故，后果不堪設(shè)想。這一站也是油、管道、運(yùn)輸?shù)墓?jié)點(diǎn)。在這一站中，如果有要求有的各個品質(zhì)，就需要對油進(jìn)行各種預(yù)處理包括對油進(jìn)行加溫、加壓后再根據(jù)要求，往各有需求的地方運(yùn)送。輸油管道模型圖如圖 11 所示。對于用油最多的地方，比如加油站，在加油站用管道的第一站響應(yīng)對應(yīng)仿效加油站的輸入口。在加油站有管道的第三站也就是末梢位置的那一環(huán)節(jié)作為加油站輸出油的輸出口。管道的第二站也就相應(yīng)的和加油站的中間環(huán)節(jié)相對應(yīng)。不同加油站，由于各個影響因素不同所以運(yùn)來的油的氣溫，氣壓也不一樣，根據(jù)實(shí)際情況各個加油站可以進(jìn)行微調(diào)。在選擇在哪里建造管道，也就是運(yùn)油管道選址時，不用地方不同地形，不同資源都會對管道選址有影響。因此管道位置選址是要具體問題具體分析。如果管道選址選的好，不僅有利于油的輸送，也有利于油的生產(chǎn)配送安全。因此在管道生產(chǎn)、加工、輸送還有管道安全維護(hù)方面選址的好壞至關(guān)重要 [5][6]。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5閥室中間站長跨集輸清管站末站分輸站首站油田處理場煉油廠運(yùn)輸廠干線圖 11 輸油管道系統(tǒng)流程圖輸油管道中油體的流動可以當(dāng)做為一元流體流動，而流體的流動也要滿足能量守恒、質(zhì)量守恒和動量守恒等基本規(guī)律。因此，液體在輸油管道中流動的模型可以根據(jù)流體力學(xué)來建立，其中包括動量方程、連續(xù)性方程和能量方程，流體中的溫度、壓力流量等量之間的關(guān)系可以通過方程來表述出來，這些方程如下述公式(22)，(23)，(24) 所示： (22)0)(12????tPxVax? (23)0|2sinVDgt ?? (24))(4|)( 032 ????TKdtPadtCT??式中 ρ——介質(zhì)密度，單位 kg/m 3——管道與水平面問的傾角?p——管內(nèi)壓力，單位 paC——油品比熱容，單位 J/(kgK)T——油品溫度，單位 Kg——重力加速度，單位 m/s 2D——管道內(nèi)徑，單位 mt——時間變量，單位 sK——熱油管道的總熱傳遞系數(shù)，單位 W/(m k)2V——介質(zhì)流速，單位 m/sT ——地溫，單位 K0x——管道位置變量，單位 m——管道水力摩阻系數(shù)? 負(fù)壓波泄漏檢測定位原理齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6負(fù)壓波定位原理示意圖 22 如下，設(shè)發(fā)生泄漏時刻為 t (s)，t (s)，即負(fù)壓波傳播到12管道上、下游傳感器時，傳感器捕捉到負(fù)壓波到達(dá)時的時間；設(shè)管道上下游之間的距離為 L(m)；泄漏點(diǎn)到管道上游的距離 X(m)；負(fù)壓波傳播速度為 v(m/s)。p 1xt 1 t 2Lp 2圖 22 管線泄漏示意圖可以看出：t +t = (25)12vLt t =Δt (26)X=t v。 (27)1整理后得到傳統(tǒng)定位公式： X= (28)2t??L由上式可以看出，利用負(fù)壓波法定位主要是獲取負(fù)壓波傳播到上下游的時間 t 以?及負(fù)壓波的波速 v。由于輸油管道內(nèi)液體的流速對負(fù)壓波的波速有一定的影響，修正上面的公式，將管道液體流速 u 引入公式。有以下方程： (29)??????uvxLt21將上式代入式(28)，得到了修正之后的負(fù)壓波定位公式：X= (210)vt2)()??通過對負(fù)壓波定位公式(210)的分析和對管道的分析可知，負(fù)壓波法檢測定位的關(guān)鍵在于以下幾點(diǎn)：齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7(1)負(fù)壓波在管道中轉(zhuǎn)播的速度的確定。(2)負(fù)壓波產(chǎn)生后會沿著管道向管道上下游傳播，確定負(fù)壓波傳播到管道上下游的時間差是負(fù)壓波檢測的關(guān)鍵。 (3)輸油管道進(jìn)行越站、調(diào)閥、調(diào)泵、反輸?shù)炔僮鲿r，也會有負(fù)壓波產(chǎn)生，這種負(fù)壓波會對管道泄漏引起的負(fù)壓波產(chǎn)生影響。如何消除這種負(fù)壓波的影響也是負(fù)壓波檢測的關(guān)鍵。在一般的負(fù)壓波檢測定位的方法中，負(fù)壓波在輸油管道中傳播的速度 v 一般被定為常值。但是，實(shí)際上，負(fù)壓波的傳播速度并不是常數(shù)，而是由以下式子所決定：v(x)= (211)1)/(1CeDEK??公式(211)中v——管內(nèi)負(fù)壓力波的傳播速度，單位 m/sE——管材的彈性模量，單位 paK——液體的體積彈性系數(shù)，單位 pae——管壁厚度，單位 m——液體的密度，單位 kg/m?3C ——與管道約束條件有關(guān)的修正系數(shù)1D——管道直徑，單位 m實(shí)際中，上式(211)中的液體密度 以及彈性系數(shù) K 等參數(shù)還受到油體溫度的影響。?因此，加入溫度這個參數(shù)，波速的公式可以表示為形式。如式：v(x)= (212)1)/()(1CeDET??上述公