改进负压力波定位算法在输送管道泄漏检测中的应用
摘要本文根据负压波原理,利用数值分析的方法,提出了一种能够准确寻找输送管道原油泄漏点的计算方法,该方法简单实用,为
输送管道的泄漏定位提供了精确快速的检测方法。

本文主要介绍负压波法在输油管道泄漏检测系统中的应用。

关键词负压波;管道;泄漏;检测;定位
中图分类号te8 文献标识码a 文章编号
1674-6708(2010)25-0192-01
1 负压波法简介
为了提高检测的灵敏度,还可运用相关技术对管道两端的传感器所接收的信号进行相关分析。

该方法具有较高的定位精度和较快的响应速度,可迅速检测出突发性的泄漏,且适用性强、定位原理简单,是目前国际上广泛使用的管道漏点定位和泄漏检测方法。

2 负压波定位准确的关键问题
负压波管内波速的确定和传播到上、下游传感器的时间差的精确确定是负压波定位方法准确的两个关键。

确定负压波信号传到管道首末端时刻时,一个显然的要求是保证首、末端压力信号序列起始时间应该一致,这就要求统一首、末端的数据采集系统工控机的系统时间。

采用全球定位系统来统一各站工控机的时间,能够满足泄漏监测系统对统一时间的要求。

负压波随着温度、环境、介质的变化的传播速度公式如下:式中:k是液体的体积弹性系数,a;是液
体的密度,kg/m3;v是管内压力波的传播速度,m/s;d是管道的直
径,m;e是管材的弹性,pa;e是管壁的厚度,m;c1是与管道约束条件有关的修正系数;式中液体的密度和体积弹性系数k随原油的温度而变化。

因此,必须考虑温度对负压波波速的影响,需要对负压波的波速进行温度修正。

3 常规负压波定位算法
在常规的常速泄漏定位方法中,视负压力波在管道中传播的速度v为定常值,一般在1 000~2 000m/s 之间;管道总长度为l(单位m);管道上、下游压力传感器捕捉到负压力波到达的时间差为△t(单位s);泄漏点距离上游检测点位x(单位m),则有下列方程
4 改进的负压力波定位算法
由于原油温度会随管道距离的变化而变化,可将负压波波速写为距离变化的函数v(x),那么泄漏点xl处产生的负压力波传播到管道首末端所需时间分别为
式(5.2)中,xl为真正需要计算求解的泄漏点的位置。

△t为负压波传播到管道首、末端的时间差(可由经测量得到的负压力波传播到管道首、末端的时间t1,t2的差来求得)。

从式(5.2)可知,△t(xl)是随着泄漏点位置xl变化的函数,进一步分析表明,△t(xl)是一个单调变化的函数。

考虑下面这个函数(5.3)式(5.3)中,△t0为由测量得到的负压力波从泄漏点xl0处传播到管道首、末端的时间差。

由于△t(xl)的单调性,只有当xl=xl0时,函数y(xl)才能取得最小值0。

因此,求解泄漏点的位置xl的问题可化为求解式(5.3)的最小值问题。

由于负压波波速v(x)是一个
复杂的函数,因此用解析的方法求解式(5.3)中的积分表达式非常
困难,所以需要使用数值积分的方法来计算△t(xl),同样使用数值方法求解函数式(5.3)的最小值。

数值积分的方法有梯形法、辛普森法、高斯法。

5 负压波法对管道泄漏点定位实例
实验中,某管道长48.2km,其规格为426mm6mm,20℃时管输原油密度为845kg/m3,钢管的弹性模量为206.9×109pa,温度系数为0.714,泊松比为0.3,周围介质平均温度为10℃。

实验泄漏稳态时,管道首端所测温度为65℃,末端所测温度为26℃,管道首末两端压力变送器捕捉到的时间差为-2.8s,当时工况下的平均波速为1087.6m/s。

根据常规定位公式(4.2),计算泄漏点与首端的距离为:=22 577.36m 实际泄漏位置位于距离出站2.10km处,所以定负压力波波速下的相对误差为
如果考虑到温度的影响,按照改进后定位公式计算,将各项参数
代入程序得到的泄漏位置为22 336km,则相对误差为。

经过计算误差对比,表明该方法的泄漏定位比常规定位具有较高的精确度。

6 结论
如果视负压波波速为常数,将给泄漏点的定位结果带来较大的误差。

负压波波速公式被分解后,采用搜寻最优点的方法寻找泄漏点,并使用软件编程对泄漏点进行定位。

实验结果表明,该改进方法比常规定位方法有更高精确度,误差更小。

参考文献
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