一种输气管道泄露检测的新方法-应用昆虫学报.doc

基于变流量测试的天然气输管道泄漏检测新方法 1 吴华晓2 3 李昂3 3 （1中石化胜利油田有限公司地质科学研究院，山东东营 257015; 2中海油天津分公司，天津塘沽 300457；3中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津塘沽 300457） 摘要在输气管道泄漏的识别方面通常有两类方法物理探测法和数学模型模型模拟法显然物理探测法可以准确检测出准确的泄漏点的位置和漏点尺寸在出入口气量或出入口压力有未知量的条件下本文建立了一种基于变流量测试的天然气输送管道泄漏位置和漏点大小的检测方法这种方法可以在出入口气量或出入口压力有未知量的条件下使用由于这在管线输送中常见 1 引言 由于天然气的高效、清洁和可靠性，在所有使用的能源中天然气供应占到了将近四分之一，并预计在未来20年内增长50%。现有的天然气输送基础设施逐渐老化，使得天然气基础设施的可靠性成为石油天然气行业的一个关键需求。因此，可靠并及时地检测出天然气管道的泄漏状况是天然气输送保障的关键。 现有的检测天然气管道泄漏的方法分为两大类：物理探测法[1, 2]和数学模型模拟法[3, 4]。物理探测法具有准确定位和确定性高的优点，在管道上安装监控设备，可以实现在线、实时的管道监测和泄漏检测。因为物理探测法需要在水平管道上安装和维护大量昂贵设备，需要比较长的泄漏检测时间，导致检测成本较高[5]。数学模型模拟法具有成本低和泄漏检测快速的优势，不必停输，可以连续在线、实时监测管道和识别泄漏。常规的数学模型模拟法的缺点是不确定性高，而且有些情况下无法提供所需要的流动参数。 随着油气勘探开发转向了近海，深水，极地和偏远地区，这些地方的输气管道的出入口没有安装压力、流量计量装置的情况是常见的[6]。即使对于内陆油田的输气管道，特别是一些支线，也可能因为成本问题没有全部安装计量装置，再加上管线上的计量装置有可能失灵。很有必要研究一种新的数学模型模拟法，在缺乏管线出入口流量或压力的条件下检测管线中气体泄漏情况。 本文建立了一种基于变流量测试的天然气输送管道泄漏位置和漏点大小的检测方法这种方法可以在出入口气量或出入口压力有未知量的条件下使用由于这在管线输送中常见 2 数学模型 2.1 流动方程 管线流量与出入口压力之间的关系 (1) 其中 (2) (3) 式中q 为气体流量/h ）；D 为管线直径e 为常数2.718 ；Tsc 为标准状态温度psc 为 标准状态压力pinlet 为 管线入口压力poutlet 为管线出口压力 为平均温度K）； 为 平均气体压缩因子；为 气体比重L 为管线长度?z 为管线位差f 为摩擦因子 临界流动状态下泄漏点流动方程 (4) 式中A 为泄漏点横截面积Tup 为 上游温度 亚临界状态下泄漏点流动方程 (5) 流量系数 (6) 式中d1为管线直径d2 为泄漏点直径NRe 为雷诺数 2.2 假设条件及无因次变量漏失点的出口压力 为得到通用解，引入了三个无因次变量，定义如下： （1）无因次泄漏点位置。泄漏点距管线入口距离与整个管线长度之比为 (7) 式中 为无因次泄漏点位置，即泄漏点距起点距离占总管段长度的比例，无因次；为 泄漏点距管线入口距离（m）；为 整个管线长度（m）。 （2）无因次气体泄漏流量。气体泄漏流量与气体入口流量之比： (8) 式中为无因次气体泄漏为气体泄漏为气体入口流量（m3/h）。 （3）无因次管线压降。存在泄漏的管线压降与比： (9) 式中 无因次管线压降，无因次； 为存在泄漏的管线压降为没有气体泄漏的管线压降（ MPa）。 3泄漏检测方法 3.1 已知出入口流量