【正文】 件方法主要包括氣體、直觀、壓力和聲學傳感器。攜帶氣體采樣器沿著管道進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行鋪設就是采用了直觀傳感器進行檢測的一種方法。當泄漏發(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的分析和動力模型的方法進行檢測便是軟件方法。管道運輸?shù)陌踩趪庖训玫搅酥匾?，而且，泄漏技術已經(jīng)相對成熟。應用范圍也比較廣 [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展。 課題研究的內(nèi)容及擬采取的方法齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）2本設計主要采用的是負壓波法。當長輸管道發(fā)生泄漏時，管道的泄漏會導致管道內(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充，負壓波因此產(chǎn)生。這個波動會從泄漏點向上、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行接收，從而判斷泄漏的發(fā)生。測量泄漏點產(chǎn)生的負壓波到達上、下游的時間差以及此波動的傳播速度可以有效的計算出泄漏點的位置，在下一章中將具體的進行研究。較快的響應速度和較高的定位精度便是選擇研究負壓波的原因。本課題著重進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壓波法測量管道泄漏的方法。2．使用負壓波泄漏檢測與定位方法，研究通過負壓波定位泄漏點，以及影響負壓波傳播的原因。3．研究壓力變送器，溫度變送器，流量傳感器等設備對信號的采集，傳送。4．根據(jù)系統(tǒng)功能要求，設計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。齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）3第 2 章 輸油管道泄漏檢測方法 負壓波的產(chǎn)生與特點輸油管道因為多方面的原因引發(fā)泄漏，立刻會有流體從泄漏部分流出，這種反應會將滲漏地方的壓強大小，從而油密立即引起改變。輸油管道里的原油因為不間斷性不可能馬上變化速度大小，因為原油在滲漏處與鄰近的周圍方位的壓強不同引起原油自上游地區(qū)把滲漏區(qū)域補充上，因此又該導致和滲漏地方毗鄰的地方的油密和壓強的下降。該問題導致滲漏地方發(fā)生大面積蔓延，該現(xiàn)象在水利工程學上別叫做負壓波，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，在外因的影響下，運行速度快，運行時間長，運行距離遠。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的速率和位置。但指標的速率在不同的環(huán)境下運行是不同的。在一些油中傳播的速率可達 11001300m/s。由于傳播速率超強，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]。鑒別漏油指標的大小范圍，就顯得尤為重要。如果對漏油指標處理得好，也會獲得很好的經(jīng)濟利益，在發(fā)生漏油事故時要正確恰當處理。并且還應該提高檢測技術，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?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的變化劇烈，與普通認為無操作引起的壓力和壓強相差甚大，所以認為操作失誤還是管道本身泄露是能被鑒別出來的。當輸油管線在距首端 x 處發(fā)生泄漏時，由于壓力差的原因，該點的壓力會降低從而產(chǎn)生壓力波動，這個壓力降 Δp 以負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)齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（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、高黏度和高含蠟原油時，一般都需要加熱輸送；而當管道輸送成品油和低凝點、低黏度原油時，則一般采用常溫輸送的方式進行。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、各個學校、工廠政府、企業(yè)之間的相互輸送，輸送管道四通八達，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行油的調(diào)度運輸。加油站的輸送設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入下一站，在這一站中對輸油設備進行一些預處理，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，將第一站運來的油進行加壓、加溫處理，這一站對輸油的設備有很高要求，需要經(jīng)常對設備進行檢查維護避免發(fā)生事故影響油的運輸，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，后果不堪設想。這一站也是油、管道、運輸?shù)墓?jié)點。在這一站中，如果有要求有的各個品質(zhì)，就需要對油進行各種預處理包括對油進行加溫、加壓后再根據(jù)要求，往各有需求的地方運送。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對應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的和加油站的中間環(huán)節(jié)相對應。不同加油站，由于各個影響因素不同所以運來的油的氣溫，氣壓也不一樣，根據(jù)實際情況各個加油站可以進行微調(diào)。在選擇在哪里建造管道，也就是運油管道選址時，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方面選址的好壞至關重要 [5][6]。齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（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)? 負壓波泄漏檢測定位原理齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）6負壓波定位原理示意圖 22 如下，設發(fā)生泄漏時刻為 t (s)，t (s)，即負壓波傳播到12管道上、下游傳感器時，傳感器捕捉到負壓波到達時的時間；設管道上下游之間的距離為 L(m)；泄漏點到管道上游的距離 X(m)；負壓波傳播速度為 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，利用負壓波法定位主要是獲取負壓波傳播到上下游的時間 t 以?及負壓波的波速 v。由于輸油管道內(nèi)液體的流速對負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壓波定位公式：X= (210)vt2)()??通過對負壓波定位公式(210)的分析和對管道的分析可知，負壓波法檢測定位的關鍵在于以下幾點：齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）7(1)負壓波在管道中轉(zhuǎn)播的速度的確定。(2)負壓波產(chǎn)生后會沿著管道向管道上下游傳播，確定負壓波傳播到管道上下游的時間差是負壓波檢測的關鍵。 (3)輸油管道進行越站、調(diào)閥、調(diào)泵、反輸?shù)炔僮鲿r，也會有負壓波產(chǎn)生，這種負壓波會對管道泄漏引起的負壓波產(chǎn)生影響。如何消除這種負壓波的影響也是負壓波檢測的關鍵。在一般的負壓波檢測定位的方法中，負壓波在輸油管道中傳播的速度 v 一般被定為常值。但是，實際上，負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的修正系數(shù)1D——管道直徑，單位 m實際中，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