埋地管道传热试验方案及管道泄漏检测技术

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1、埋地管道传热试验方案及管道泄漏检测技术于忠臣摘　要:根据相似理论设计埋地管道传热试验，并模拟沙箱底部及顶部环境、热油及沙子含水情况，研究热油管道周围沙体的温度分布，以解决实际生产中所遇到的热油管道稳态输送与停输后的非稳态温降场的问题。该试验装置可以模拟管道在不同状态下的温度分布情况。综述了埋地管道泄漏监测与泄漏检测的各种无损检测技术，并讨论了各种方法的原理、适用范围、优点和缺点等。介绍的埋地管道泄漏监测技术包括流量平衡法、负压波法、声波法、实时瞬态模型(RTM)法、监控与数据采集(SCADA)法、激光光导纤维法和电缆传感法等

2、，泄漏检测技术包括声波法、红外热成像法、激光扫描法和可燃气体敏感法等。关键词:埋地管道试验传热泄漏监测泄漏检测声波1实验方案1.1前　言　　相似理论是指导模型试验和相似缩放的理论[1]。相似理论要求，彼此相似的现象必定是同类物理现象，即能用相同的微分方程描述，具有相同的相似准数。因此判断相似的条件应包括几何条件、物理条件、边界条件及时间条件。二维非稳态导热微分方程为:当两个非稳态传热现象的导热系数、比热熔、密度相同时，其相似条件为:式中　Cτ—时间比；　Cl—几何比。即在热物性相同时，其时间比为几何比的平方。设定几何相似比为

3、5:1，物性参数与实际情况相同，时间比是几何比的平方，对流与实际情况相同[2]。1.2试验本体的设计根据相似理论建立试验装置,试验沙箱由钢板焊成,左右矩形孔为通风孔,前后圆孔为油管孔。沙箱底部外侧与循环水套接触。沙箱底部设有循环水空间,内设蛇形倒流槽,装置截面如图1所示。8图1　试验沙箱截面图1.2.1沙箱底部地下恒温层的模拟设计沙漠油田现场深7.5~8m处自然地温年变化低于1℃。由于沙漠地貌差异，深8m处自然地温同样也有差异，因此根据现场实测自然地温为11~13℃，可确定沙箱底部温控调节范围为11~13℃。采用一套可控温的

4、恒温水循环系统；在沙箱底部通入恒温水进行循环，保证沙箱的底部是一个恒温场。1.2.2沙箱顶部环境对流的模拟设计1998年对沙漠油田气象参数连续一年进行监测，确定模拟沙箱顶部温控范围为-30~30℃，风速控制范围为0~3.2m/s。试验中对流与实际情况相同，环境对流的模拟采用一套空调系统，控制环境的温度和风速；对流系统采用封闭环路，安装除尘装置，风道进出试验沙箱口为3.8m×0.1m，风道半径和拐弯均采用圆弧形，风机采用3台并联使用；在沙面布置固沙装置，以防止沙子被吹走，同时保持原有的温度场。根据现场季节不同，给定风速为0~2

5、.8m/s。1.2.3沙子含水的模拟设计由于物性参数与实际情况相同，沙子取自塔中4油田现场,在沙箱底部布置渗水板，向沙箱内均匀渗水，调节沙子的含水率，以控制湿度。采用湿度传感器测量沙子的含水率。湿度传感器体积小，不影响温度场，密实度按均匀密度1400kg/m3处理。湿度传感器测量点与热电偶测量部分分开，设在右侧。①号探头设在与油管水平0.1m处，②号探头设在下边，与①号探头垂直相距0.3m处，湿度测点位置见图2。图2湿度测点位置图1.2.4热管中原油的模拟设计在实际生产中，多相混输停输后，输油管道的不同管段内将存有积液，持液

6、率在0%~100%之间，如在坡顶的管段中，持液率一般为0，而在坡谷处持液率为100%，在水平管段处为0%~100%之间。因此，可以用试验管道的持液率来模拟试验管道停输后的积液状况。试验中，用满管原油在油管中形成稳定温度场后，再用同温的氮气替出定量原油，形成多相流。油管内的原油温度控制系统由PC机、A/D、D/A接口、可控硅装置组成。测温传感器采用热电阻。加热电阻丝的要求为，电阻丝两端用低电压;表面温度低于100℃。试验管段设计按模拟试验管道以5：1的比例缩小。在试验中，采用电加热管来加热管内原油，以便在油管周围形成稳定的温度

7、场，这样就建立了管道停输的初始状态。1.2.5热电偶的布置与安装测量探针采用直径为5mm的塑料管和直径为0.3mm的一级铜(康铜热电偶)制作而成，探针长度可根据实际情况确定。制作探针时，先在塑料管的一侧每隔一定间距钻一直径为0.5mm的小孔，后将热电偶通过小孔用树脂胶固定在塑料管上。为保证热电偶与沙子接触良好，8使热电偶头部稍露出管壁，并用树脂胶涂敷绝缘和密封。热电偶引线从塑料管的另一侧引出，固定在接线盒中，塑料管的另一端用堵头密封，这样就制成一个完整的探针，每根探针上的热电偶数一般为2~6个。试验装置的沙体中布置了48个温

8、度测点，每8个热电偶作为一组。第一组设有1-1、1-2等3个温度测点；第二组设有2-1、2-2等4个温度测点；第三组设有3-1、3-2等7个温度测点；第四组设有4-1、4-2等7个温度测点；第五组设有5-1、5-2等7个温度测点；第六组设有6-1、6-2等7个温度测点；第七组设有7-1、7