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原油管道泄露检测问题研究

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论文导读：国内相当比例的原油管道也运行了二十年以上。用最小二乘法进行泄漏定位。定位，原油管道泄露检测问题研究。

关键词：原油管道，泄露检测，定位

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一、原油管道的泄露检测的目的及意义

管道运输是与铁路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大运输行业之一，己成为现代工业和国民经济的命脉。随着管道输送工业的发展，世界上石油输送管网的50%以上已运行了三十年以上，国内相当比例的原油管道也运行了二十年以上，老化程度严重，加上不可避免的腐蚀、磨损和人为破坏等因素，管道泄漏现象频频发生。世界上管道工业史大量的数据表明:管道同世界上其他事物一样，事故的发生都有成为“浴盆曲线”的一般规律。

管道的泄漏不仅影响正常的生产，造成能源浪费和经济损失，而且由于所输介质的危险性和污染性，一旦发生事故还会造成对环境的污染和巨大的生命财产损失，因此泄漏检测是一项重要的管道故障检测技术。为了减少损失，减轻管道事故的危害，需要在事故发生后立即检测出来，并且能够指明泄漏发生的位置。

二、管道泄漏检测技术的现状

随着我国管道运输业的发展，管道的泄漏检测己成为一个日益紧迫的问题。八十年代以来，我国的一些科技人员在应力波法、负压力波法、管道实时模型法等方面进行了研究。实际工业管道的运行中存在大量复杂的问题，比如工况的正常调节、输送介质状态随温度的连续变化等都是在实验室中研究难以完全涵盖的。发表论文，定位。进入九十年代以来，我国的一些科研小组也在工业管道上进行了一定的研究工作。

世界上对管道泄漏检测方法的研究己有几十年的历史，但由于检测的复杂性，如管道介质的多样性，管道所处地段(如地上、管沟、埋地、海底)的多样性，以及泄漏形式的多样性(渗漏、穿孔、断裂等)，使得目前还没有一种简单可靠、通用的方法解决管道泄漏检测问题。国外一些较发达的国家从70年代末已经开始对长输管道泄漏故障进行了研究，80年代末进入较实用的商品阶段。目前，国外的输油气管道实时检测技术己趋向于成熟。

三、管道泄漏检测技术的方法

英国壳牌石油公司提出了一种气体和液体管道的统计检漏法。该方法不需建立管道动态模型，根据在管道入口和出口测量的流体压力和流量，连续计算泄漏的统计概率。当泄漏确定之后，可通过测量流量和压力及其统计平均值估算泄漏量，用最小二乘法进行泄漏定位。发表论文，定位。壳牌公司将此套系统安装于多条气体和液体管道，并达到较为可靠的性能。这种统计检漏系统主要的优点是原理简单，维护方便，适用性好。缺点是检漏精度受仪表精度影响大，定位精度较差。

W.Mpesha于2001年提出了在开环管道系统中用频率响应来确定泄漏点位置和泄漏量的方法。该方法通过周期性开关阀门产生一个稳态振荡流，使用转移矩阵方法分析频域并获取阀门处的频率响应图，对有泄漏的管道系统，响应图中存在着低于无泄漏系统共振压力幅度峰的附加共振压力幅度峰。这种方法对于高压力长距离的输油管道来说，产生振荡流是不符合安全生产运行要求的，同时无法做到连续实时监测。我国对这一领域的研究起步较晚，总体还处于对国外技术的模仿和改进状态中。目前，泄漏检测和定位方法主要有以下几种：

1、音波泄漏检测法

当管道发生泄漏时，在泄漏瞬间，管道压力平衡遭到破坏，造成系统流体弹性力量的释放，引起瞬时音波震荡。这个音波的扩张以流体本身的音速，从漏油点向四面八方运动。在管道之中，音波从破裂的来源点，透过流体导引，沿着管壁向两侧扩张，其传播的速度在不同规格管线中并不相同，在原油中约为1000―1200ｍ／ｓ。设置在泄漏点两端或泵站两端的声纳传感器拾取音波信号，根据两端接收到音波变化的时间差，根据信号处理相关方法就可以对泄漏点进行定位。音波法是近几年来研究的重点。音波法的主要特点是检测灵敏，能够对小流量泄漏进行有效的检测，但是由于音波信号噪声干扰大，因此很难提取泄漏信号。

2、压力梯度法在输油管道内设置压力传感器，实时采集压力信号构成该管道的总体压力梯度。理想情况下，管道内压力沿管道线性变化，当发生泄漏并再次稳定后。发表论文，定位。可见，某点发生泄漏时，该点前后段的压力梯度发生变化，通过比较前后两次的压力梯度特征，即可以判断泄漏程度和定位泄漏点。采用这种方法时，需要将管道内的压力分布理想为线形分布，但实际情况下往往并非如此，因此，采用这种方法的定位误差较大。

3、动态模型分析法

这种方法通过建立数学模型模拟液体在管道内的流动，以可测量的参数作为边界条件，对管道内的压力和流量参数做出估计。同时，实时采集输油管道中的相应参数，并与估计值比较。当偏差大于某给定的阀值时，即表明发生了泄漏。目前其主要方法有状态观测器、Kalmna滤波器及系统辨识等。这种方法需要建立质量平衡、动量平衡、流量平衡及流体动力方程，计算相当复杂，而且难以建立较为准确的管