基于负压波原理的管道泄漏监测软件研究.pdf

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1、114石油工程建设2010年4月★u★★★★鬻一i_l嚣_黪∥i_萋于童辱螺粤带漕；11蜻骘潮蛳萋—薯j誊誊王博，孟鹏，王荣敏(西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安710018)摘要：管道由于不-．q-~免的老化、腐蚀和人为损坏等因素，有可能发生泄漏事故．管道泄漏所产生的经济损失和环境污染十分严重，因此管道泄漏的实时监测变得非常重要。文章介绍了基于负压波的输气管道泄漏监测定位软件系统，采用MATLAB语言编制了传统算法、改进算法、循环迭代算法及龙格一库塔算法的程序，通过与大牛地气田某输气管道泄漏定位实验结果的比较．表明该软件对于确定管道泄漏位置是可行的

2、关键词：管道泄漏；监测系统；定位：软件中图分类号：TE973．6文献标识码：A文章编号：1001—2206(2010)02-0114—03O弓I言管道由于不可避免的老化、腐蚀和人为损坏等因素．有可能发生泄漏事故．管道输送的石油产品泄漏不仅影响油气田的正常生产，造成宝贵自然资源的浪费和环境污染．危害工农业生产和人民生活，更严重的是，由于石油产品是易燃、易爆物品，有的具有强腐蚀性．泄漏后还直接威胁到输油管道及设施的安全和人民的生命财产。所以．研究图1管道监测系统的组成可行的管道泄漏监测软件．及时发现管道泄漏位置软件系统能够完成对管道两端的压力、温度等具有重大

3、意义．并会带来明显的经济效益和社会效数据的分析，通过对负压波信号的消噪、重构。确益。定泄漏信号时间差，进而确定泄漏位置。本文重点1管道监测系统的组成羊￥￥￥介绍泄漏定位软件算法的研究。针对大牛地气田某输气管道的泄漏检测问题．2泄漏定位算法研究研发了管道泄漏监测系统．它由硬件和软件两部分对软件系统功能而言．确定泄漏位置是关键。构成(见图1)，硬件部分主要功能是通过各种传在泄漏定位算法的应用研究中采用了传统算法、改感器技术来采集与管道泄漏相关的物理数据．软件进算法、循环迭代算法及龙格一库塔算法。部分主要功能是依据物理数据通过计算确定管道内2．1传统算法流体的

4、运行状态．判断管道是否出现泄漏及确定泄传统算法的泄漏定位公式：漏点位置L+△×0硬件系统中的信号采集部分能够完成对管道压—厂力、流量、温度等状态参数的采集，这些模拟量数式中——泄漏点距上游站的距离／m：据存人数据采集卡后．被转换为数字信号送人工控——上、下游站间距／m；机中被采集的信号需要加入由GPS系统提供的△￡——首、末站压力突变时间差／s；时间信息．以便在进行泄漏检测和定位时．其数据负压波的传播速度／(m／s)起始点能够保持一致在传统算法中．由于负压波传播速度远远大于第36卷第2期王博等：基于负压波原理的管道泄漏监测软件研究l15管内气体流速．所以

5、忽略气体流速，并且认为负压式中一管路起点温度／℃；波在管道中以声速传播．取a=340m／s。但由于实～管路周围介质自然温度／℃；际的负压波波速是随温度、压力改变的量，所以采K——总传热系数／(W／m。·cI=)；用传统算法的误差会比较大。D——管外径，m：2．2改进算法——管长，m：改进算法中波速采用公式：D厂一焦耳一汤姆逊效应系数／(~C／Pa)；口=、／瓦P0、——管路起、终点压力／Pa。式中——气体常数，为0．486kJ／(kg·K)；可以用龙格一库塔方法求解此方程组。卜管道内温度分布／K。将方程组写成四阶龙格一库塔格式：由于该算法修正了负压波波速

6、．并且不忽略输，+1=+(k1+2k2+2k3+k4)气管内气体的平均流速．该算法误差会比传统算法有所减小1=Pn+一(l+22+23+4)2．3循环迭代算法0叶l=an+—zlx(R1+2R2+2R3+R4)循环迭代算法的基本思想是：首先假设负压波近似以声波的速度ao(一般为350m／s左右)在天其中k=fT(％，To，Po，an)然气管道中传播．则由定位公式即可得到近似的泄漏点位置由此数值可以求得该点的压力及温度k2=厂T(等，+等只++等R)数据．从而可以算出该点所处管道的负压波波速(等，+等++等，，再用此波速代入定位公式，得到新的泄漏点位k4=

7、置。，重复以上步骤，可以得到不同的，a3，⋯．厂T(+，+k3，Pn+3，+3)L1=fp(，Tn，Po，an)和对应的，，⋯，当循环迭代达到一定的次数时．泄漏点位置的相差值达到认可的精度范围．此L2=fp(等，+等Pn+等％+等R)时计算结束2．4龙格一库塔算法L3=(等，+++Rz)对于输气管道而言．可以建立起温度、压力、L4=，P(+，+k3，Pn+，％+R3)速度沿管道长度变化的偏微分方程：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)在计算时，首先将管道划分成Ⅳ等分．管具体