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用于油气管线的管道泄露检测体系

宣布日期:2017-05-06 10:39    阅读次数:次

简介

原油相称频仍地用管道搜集来运输。为了获得泄露的证据,长间隔、大容量的管道被各种可操纵的手艺所监督,可是在大大都情况下,只需在相称多的流体已从管道中散失时泄露才能被检测到。若是装配了胜利的及时监测体系,将能够到达1~2%管道流率的泄露活络度,并且将泄露激起的情况和经济方面的负面影响降至最小(Schlattman,1991) 。
用于油、气出产装配或搜集体系中的短间隔地表管道凡是是在不永远性泄露监测的前提下使命的。即便是已成长了的泄露和运输体系中的泄露比拟,泄露量也要低良多。但是,它们的情况和经济负面影响是庞大的。即便泄露量从流体产物的角度来看并不是大的丧失,对油料出产厂商来讲,它也将激起情况题目、creates substantial liability,洁净用度。这些用度比丧失的产物的本钱要超出跨越良多倍。
跟着煤油出产根基举措措施的老龄化,管道泄露题目变得加倍首要了。据《New Mexico Oil Conservation Division》(June 7,1991)的数据显现:在1991年上半年,61%的出产管道泄露是由于侵蚀,由此约莫丧失了3400桶煤油。这相称于从管道和容器中丧失的煤油总量的55% 。别的,据估量被报告的泄露只占现实泄露的10%~50% 。
管道油料泄露激起的华侈能够用一套持续监测管道使命状况的检测和节制体系来防止。如许的体系能节流用于情况回复复兴的破费并下降对情况的负面影响。体系必须有充足的活络度,以便能操纵于使命在高压力、低流速下的管道上。别的,如许的体系还要绝对自制以便为它的潜伏用户供给经济上的上风。这篇文章会商了一套为保送管设想的、在小我计较机节制下使命的声发射泄露检测体系的设想和机能。

体系设想
任何泄露检测体系的根基使命都是辨认泄露事务并收回报警旌旗灯号。有一些体系还供给了肯定泄露地位的能够性。凡是能够有几条路子来处置管道泄露检测题目。每一种方式仅合适于管道的一种出格使命前提(直径、压力、流速、长度、地位等),而不合适于别的情况。这些方式有:
(1)品质均衡监测:在管道中差别的地位丈量流速,在每一个丈量点的速度应当相称。如许,不是由丈量毛病激起的各点速度的差别便是泄露的证据。泄露的地位不能被测定。对泄露地位的唯一的数据只是泄露发生于哪些丈量点之间(Turner,1991; Baumoel,1992)。
(2)温度散布监测:泄露的气体和油将激起泄露点四周的温度变更,侵扰已存在的温度散布。监测温度散布的体系已为海底管道而研制出来,它操纵了一系列的温度传感器或光纤散布式温度传感器。泄露地位能够经由进程对探头旌旗灯号的阐发而估量出来(Tuener,1991)。
(3)声学方式:这些方式检测的是由泄露物资激起而沿着流体或管壁传布的声旌旗灯号。它们供给了泄露定位的能够性,由旌旗灯号阐发来决议(Cascetta and Vigo,1992;Klein,1993)。
(4)活动模子法:监测活动模子和实测活动状况的参数之间的差别。
(5)别的方式:包含视觉察看、用练习过的狗沿线路巡查、雷达、激光和主动“老鼠”。

在这篇文章中,设想出了一种检测管道泄露的声学方式。泄露物资经由进程管壁上不法则启齿流出将激收回声波。这些波沿着管壁和流体传布。出格的,经由进程裂痕的紊流激收回沿管壁传布的波,这能够被检测到(Dimmick and Cobb,1986)。这类新研制的体系检测的是瑞利(Rayleigh)波——一种沿管壁外外表传布的应力波。当探测器仅仅只和外管壁打仗时,外表声波检测法能够做到非侵入性监测。新研制的体系用大批的声发射探头钳紧在管道上。探头监测管道的使命状况,并把旌旗灯号送入计较机节制器。计较机节制器阐发这些旌旗灯号以期证明泄露。节制器的首要使命是辨别泄露事务并收回报警旌旗灯号。图一是体系装配于两相流上时的功效简图。
探头旌旗灯号被记实上去,每一个探头旌旗灯号的能谱在计较机节制器中和事后存储在计较机内存中的响应的背景旌旗灯号均匀能谱比拟较。当检测旌旗灯号的声能量和背景旌旗灯号的声能量呈现较着差别时,就以为检测到了泄露(Tajtar er al.,1994)。再经由进程一些附加的旌旗灯号采样和处置将颠末型噪声(飞翔器、颠末管道的六畜等)激起的误报警率减小到最低以后,这类判定能够获得进一步证明。图2 显现了背景旌旗灯号和泄露旌旗灯号的典范能谱图。两条曲线间的面积可作为泄露发生的声能量的一种怀抱。
体系设想的一个节制参数是衰减系数,它反应了泄露旌旗灯号的声能跟着泄露点和探头间间隔的增大而减小的干系,这类干系由上面的方程给出:

150H51T0-0

式中: 是间隔泄露点x 处的旌旗灯号能量,m是衰减系数,而 是泄露源处泄露旌旗灯号的能量。经由进程旌旗灯号能谱的积分可获得旌旗灯号的能量值。式(1)的干系可用于泄露定位(当泄露旌旗灯号在几个差别的丈量点被获得时)和在假设的体系最小泄露活络度下决议探头沿管道散布的最大间距。得出给定管道的衰减干系是装配体系的第一步。经由进程回归阐发方式阐发一系列差别活动前提下的丈量旌旗灯号可得出衰减系数的经历值。旌旗灯号衰减和泄露与探头间隔的干系曲线如图3 所示。旌旗灯号用旌旗灯号能量中超出跨越实测背景旌旗灯号能量的局部来表现。丈量值的变更是尝试中所用的紧缩机和发机电的刹时变更的成果。别的,探头与管壁的声耦合品质和谱阐发时的采样速度也会影响成果。
体系机能,测试和成果
泄露检测体系的样机在两相流前提下停止测试(见图1)。测试中用水和氛围作为流体介质停止了气体,液体和蔼液泄露检测。单相测试,包含气体和液体,在不异的参数下停止。两相流测试的目标仅仅是为了证明其成果是不是落在零丁由气体和液体测试所决议的规模以内。以下对每种研讨前提下体系机能的会商都因此管道压力为0.68Mpa时停止的测试为根本的。
在尝试体系中,沿着管道安排了四个探头。它们是带宽为1M的平特征( )宽带声发射传感器。天然泄露是在差别的地位用调理阀摹拟的,用调理阀摹拟泄露可节制泄露的巨细。测试的名目以下:
(1)体系的泄露活络度.活络度用能发生可从背景中辨别出来的声旌旗灯号的最小泄露率来表现。泄露速度必然时,绝对活络度是管压力和泄露-探头间隔的函数。若是把活络度写成管道流量的分数情势,那末它也是流量的函数。泄露的大抵速度由出产商供给的调理阀的特征决议。在两相流尝试(表3)中,假设泄露和管道流体的气-液比例不异。
(2)探头间距的许可规模.探头间距决议了对给定长度的管道停止监测所必须的丈量点数。间距界说为能检测到给定巨细的泄露的最大的泄露-探头间隔的两倍,和探头间的间隔绝对应。它是一个变量,与被所请求的最小可检测泄露率节制的活络度有关。间距对名目标经济方面是一个首要身分,由于间距越大,检测体系每监测长度单元的总本钱越低。现实的间距将是最小泄露活络度和检测体系本钱的综合斟酌的成果。
(3)泄露定位的希冀精度.一旦体系辨认出泄露事务,定位将减低修复使命的难度。

泄露检测(活络度和间距的研讨).
体系的泄露活络度在管压力低于0.7MPa的情况下测试。挑选高压是由于对产自耗损型贮存器的油气产物,高压是典范情况。更高的管压力将进步体系的机能(见图4),以是高压管道的研讨给出的是体系在倒霉前提下的机能测定。凡是,体系活络度遭到很多身分的影响,比方:裂痕尺寸、流体相(活动状况)、流体粘度、管道支承、泥土特征等等。在所做的研讨中,泄露尺寸经由进程用调理阀摹拟泄露来节制。其余前提(支承、泥土特征)在研讨进程中坚持稳定,活动状况则不节制。起首研讨气流和液流的情况,而后停止两相流研讨,以证明检测旌旗灯号和体系整体机能是不是落在单相尝试所决议的规模以内。当其余一切前提稳定时,增添流体粘度将减小泄露旌旗灯号。所做尝试中不研讨这个效应。[mem]
活络度由按给定间距钳紧在管道上的探头能检测到的最小泄露率决议。尝试在设定压力和选定探头间距的前提下,对最小可检测泄露率停止了研讨。现实上讲,减小探头间距将进步体系活络度。但是,现实上存在一个由最小本钱请求激起的对最小间距的限定。体系必须能在丈量精度下从记实为背景旌旗灯号的一切管道噪声中辨别出泄露旌旗灯号,这决议了检测旌旗灯号的阈值。活络度尝试的成果被经由进程限定前提为气体活络度和液体活络度的例子描写出来(图5和6)。两相流的成果落在上述两者之间。图5显现的是在压力为0.68MPa的气体管道上,探头间距为61m和122m时,泄露旌旗灯号能量和泄露率的干系。它证明了在这个压力下,对两种间距,体系对很是小的摹拟泄露都极度活络。数目级在0.01%管道流量的摹拟泄露都能被检测到。图5中的检测阈值与背景旌旗灯号强度绝对应。若是在尝试中有任何别的泄露(天然泄露)存在,就将它们的影响记入背景旌旗灯号。图5描写了间距对最小可检测泄露率的影响。间距为61m时,最小可检测泄露率约莫是间距为122m时的一半。近似的成果也能在水泄露中获得。在压力为0.68MPa的管道上,当间距为61 m和122 m时,最小可检测泄露率低于0.01%的管道流量(见图6)。两相流情况(典范的现场前提)下,从泄露处逸出的气体对泄露旌旗灯号的进献要比逸出液体大良多,而最大希冀活络度为约莫0.01%管道流量。在两相流中有高粘度液体的景象下,气体对泄露旌旗灯号的激烈进献将有助于检测泄露事务。

泄露定位.为研讨希冀的泄露定位精度,泄露被定位于距D1探头x处(见图7)。丈量了四个探头旌旗灯号:

150H55D9-1

式中:下标d表现逆流时的衰减系数,而u表现逆流时的衰减系数(绝对管道活动标的目的), 为一对探头的间距(探头i-探头j)。衰减方程(2)、(3)、(4)、(5)反应出如许一个现实:在实在的管道现场前提下,旌旗灯号在泄露的下流和下流传布的衰减系数是差别的。泄露定位起首是找出泄露发生于哪两个探头之间。计较出这些探头的声能。而后,求解恰当的方程获得 和x。上面的表格显现了在气体、液体和蔼-液景象下,泄露定位成果的例子。在压力为0.68Mpa的管道上停止的尝试的成果在表1-3中。泄露间隔是绝对探头D1的地位而言的。比方说,表1的最初一行显现的是:泄露源间隔探头D1为48.8m,探头D1和探头D4间距61m时泄露检测的成果。从这些表格得出的成果标明:乃至在泄露定位绝对偏差较大时,定位精度也低于间距的15% 。最粗拙的泄露定位是指出泄露发生于哪两个探头之间。间距的15% 如许一个值指出了为现实发明泄露地位而不得不检测的两个探头间的管道长度。对现实操纵这是个公道的值。在管压力为0.34-0.68MPa规模内停止的别的研讨的整体成果是:对给定的间距,泄露定位的偏差随泄露率和管压力的增大而减小。泄露定位的精度还能以获得更切确的衰减系数为价格而进一步进步。

论断
(1)证明了声发射旌旗灯号(外表波)能胜利地操纵于油气产物管道的泄露检测使命。一套声发射泄露检测体系的功效性样机已研制出来,并且在高压、低流量短间隔管道上停止了测试。
(2)声发射旌旗灯号由穿过管壁上启齿处的紊流所激起。当泄露由给定压力的管道和给定尺寸的启齿构成时,气体泄露发生的旌旗灯号比液体泄露发生的旌旗灯号要强,而气-液泄露旌旗灯号则在两者之间。在一切研讨过的景象中,体系对泄露率的活络度相称高,到达了约莫0.01%的管道流量。在现实泄露中非法则裂痕的景象下,这个值将有所转变。当流体为高粘度的单相液体时,活络度会下降。但是,在大大都现实情况下油产物管道中都有充足多的能发生可辨认泄露旌旗灯号的气体。尝试中,对泄露率跨越阈值的泄露事务到达了100%的辨认率。
(3)声发射旌旗灯号的衰减依靠于管道的内部前提,比方,支承和曲折等等。如许,必须导出以活动标的目的为参考的逆流和逆流衰减干系。这些干系必须在泄露检测体系的装配阶段就被导出。
(4)泄露定位的精度约莫是探头间距的15% 。这在现实操纵中是公道的。加倍切确的泄露定位能够以导出更切确的旌旗灯号衰减干系为价格而到达。探头间距能够以活络度为价格而增大,并且应当按照出格操纵而响应调剂。
(5)体系测试是在管道压力低于0.7MPa的情况下停止的。对给定的裂痕尺寸,更高的流体压力将进步体系的机能。
(6)体系测试在单个泄露检测景象下停止。体系的设想使它具备辨认沿管道多点泄露的才能,前提是任何一对探头间只需单一泄露。但是若是一对探头间有多个泄露 ,泄露定位的精度将被侵害(也即下降),并且泄露事务将被以为仅仅是单一的。
管道活动状况对所发生的声旌旗灯号的影响不研讨。两相流状况的影响被记入了背景旌旗灯号当中。只需活动状况坚持稳定就能够假设它们的感化不会影响体系的机能。活动状况的变更请求体系重调。
此刻的体系能够在对油气产物装配短管道的绝对性监测方面发明其用处。每种操纵中都不得不调剂探头的数目和它们的间距。用此体系停止及时监测应当能使泄露形成的情况和经济上的负面影响最小化。

报答
研讨使命获得了Waste-management Education and Research Consortium,Las Cruces,New Mexico和Lynx Petroleum Consultants,Inc.,Hobbs,New Mexico的援助。

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