基于負壓波原理的管道泄漏監(jiān)測軟件研究.pdf

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1、114石油工程建設(shè)2010年4月★u★★★★鬻一i_l囂_黲∥i_萋于童辱螺粵帶漕；11蜻騭潮螄萋—薯j謄謄王博，孟鵬，王榮敏(西安長慶科技工程有限責任公司，陜西西安710018)摘要：管道由于不-．q-~免的老化、腐蝕和人為損壞等因素，有可能發(fā)生泄漏事故．管道泄漏所產(chǎn)生的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染十分嚴重，因此管道泄漏的實時監(jiān)測變得非常重要。文章介紹了基于負壓波的輸氣管道泄漏監(jiān)測定位軟件系統(tǒng)，采用MATLAB語言編制了傳統(tǒng)算法、改進算法、循環(huán)迭代算法及龍格一庫塔算法的程序，通過與大牛地氣田某輸氣管道泄漏定位實驗結(jié)果的比較．表明該軟件對于確定管道泄漏位置是可行的

2、關(guān)鍵詞：管道泄漏；監(jiān)測系統(tǒng)；定位：軟件中圖分類號：TE973．6文獻標識碼：A文章編號：1001—2206(2010)02-0114—03O弓I言管道由于不可避免的老化、腐蝕和人為損壞等因素．有可能發(fā)生泄漏事故．管道輸送的石油產(chǎn)品泄漏不僅影響油氣田的正常生產(chǎn)，造成寶貴自然資源的浪費和環(huán)境污染．危害工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活，更嚴重的是，由于石油產(chǎn)品是易燃、易爆物品，有的具有強腐蝕性．泄漏后還直接威脅到輸油管道及設(shè)施的安全和人民的生命財產(chǎn)。所以．研究圖1管道監(jiān)測系統(tǒng)的組成可行的管道泄漏監(jiān)測軟件．及時發(fā)現(xiàn)管道泄漏位置軟件系統(tǒng)能夠完成對管道兩端的壓力、溫度等具有重大

3、意義．并會帶來明顯的經(jīng)濟效益和社會效數(shù)據(jù)的分析，通過對負壓波信號的消噪、重構(gòu)。確益。定泄漏信號時間差，進而確定泄漏位置。本文重點1管道監(jiān)測系統(tǒng)的組成羊￥￥￥介紹泄漏定位軟件算法的研究。針對大牛地氣田某輸氣管道的泄漏檢測問題．2泄漏定位算法研究研發(fā)了管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)．它由硬件和軟件兩部分對軟件系統(tǒng)功能而言．確定泄漏位置是關(guān)鍵。構(gòu)成(見圖1)，硬件部分主要功能是通過各種傳在泄漏定位算法的應(yīng)用研究中采用了傳統(tǒng)算法、改感器技術(shù)來采集與管道泄漏相關(guān)的物理數(shù)據(jù)．軟件進算法、循環(huán)迭代算法及龍格一庫塔算法。部分主要功能是依據(jù)物理數(shù)據(jù)通過計算確定管道內(nèi)2．1傳統(tǒng)算法流體的

4、運行狀態(tài)．判斷管道是否出現(xiàn)泄漏及確定泄傳統(tǒng)算法的泄漏定位公式：漏點位置L+△×0硬件系統(tǒng)中的信號采集部分能夠完成對管道壓—廠力、流量、溫度等狀態(tài)參數(shù)的采集，這些模擬量數(shù)式中——泄漏點距上游站的距離／m：據(jù)存人數(shù)據(jù)采集卡后．被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送人工控——上、下游站間距／m；機中被采集的信號需要加入由GPS系統(tǒng)提供的△￡——首、末站壓力突變時間差／s；時間信息．以便在進行泄漏檢測和定位時．其數(shù)據(jù)負壓波的傳播速度／(m／s)起始點能夠保持一致在傳統(tǒng)算法中．由于負壓波傳播速度遠遠大于第36卷第2期王博等：基于負壓波原理的管道泄漏監(jiān)測軟件研究l15管內(nèi)氣體流速．所以

5、忽略氣體流速，并且認為負壓式中一管路起點溫度／℃；波在管道中以聲速傳播．取a=340m／s。但由于實～管路周圍介質(zhì)自然溫度／℃；際的負壓波波速是隨溫度、壓力改變的量，所以采K——總傳熱系數(shù)／(W／m。·cI=)；用傳統(tǒng)算法的誤差會比較大。D——管外徑，m：2．2改進算法——管長，m：改進算法中波速采用公式：D廠一焦耳一湯姆遜效應(yīng)系數(shù)／(~C／Pa)；口=、／瓦P0、——管路起、終點壓力／Pa。式中——氣體常數(shù)，為0．486kJ／(kg·K)；可以用龍格一庫塔方法求解此方程組。卜管道內(nèi)溫度分布／K。將方程組寫成四階龍格一庫塔格式：由于該算法修正了負壓波波速

6、．并且不忽略輸，+1=+(k1+2k2+2k3+k4)氣管內(nèi)氣體的平均流速．該算法誤差會比傳統(tǒng)算法有所減小1=Pn+一(l+22+23+4)2．3循環(huán)迭代算法0葉l=an+—zlx(R1+2R2+2R3+R4)循環(huán)迭代算法的基本思想是：首先假設(shè)負壓波近似以聲波的速度ao(一般為350m／s左右)在天其中k=fT(％，To，Po，an)然氣管道中傳播．則由定位公式即可得到近似的泄漏點位置由此數(shù)值可以求得該點的壓力及溫度k2=廠T(等，+等只++等R)數(shù)據(jù)．從而可以算出該點所處管道的負壓波波速(等，+等++等，，再用此波速代入定位公式，得到新的泄漏點位k4=

7、置。，重復以上步驟，可以得到不同的，a3，?．廠T(+，+k3，Pn+3，+3)L1=fp(，Tn，Po，an)和對應(yīng)的，，?，當循環(huán)迭代達到一定的次數(shù)時．泄漏點位置的相差值達到認可的精度范圍．此L2=fp(等，+等Pn+等％+等R)時計算結(jié)束2．4龍格一庫塔算法L3=(等，+++Rz)對于輸氣管道而言．可以建立起溫度、壓力、L4=，P(+，+k3，Pn+，％+R3)速度沿管道長度變化的偏微分方程：Rl=fa(，Tn，Po，an)=(，T，P，0)t~t2=(，+等只+等％+等R。)：(，T，P,a)R3=(，+等Pn++等Rz)=(，，P，口)R4=(

8、+，To+k3，Po+L3，an+R3)在計算時，首先將管道劃分成Ⅳ等分．管具體