基于模型法的天然氣管道泄漏檢測(cè)及定位研究

賈彥琨 何凱云(中石油西氣東輸管道公司南昌管理處南昌分輸壓氣站， 江西 南昌 330000)

近年來，天然氣的產(chǎn)量有了很大程度的發(fā)展，無論從節(jié)能減排的角度，還是從安全能源的角度，天然氣都是未來一段時(shí)間內(nèi)較好的能源選擇，其消費(fèi)結(jié)構(gòu)比重也將大幅度提升。然而天然氣管道的安全問題卻是制約其發(fā)展的一大阻礙，因此對(duì)于天然氣管道泄漏的檢測(cè)及定位就顯得及其重要。

1 模型法天然氣管道泄漏的研究目的

基于模型法的天然氣管道泄漏檢測(cè)及定位研究對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確的判斷泄漏的位置，從而減少天然氣運(yùn)營(yíng)的成本和保持管道的安全運(yùn)行有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

模型法的優(yōu)越性在于能夠通過獲得管道上各點(diǎn)的溫度、壓力、流量等信息，運(yùn)用管道流體力學(xué)機(jī)理對(duì)管道的全部力學(xué)特性進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏位置的檢測(cè)和定位。但其也存在的一定的缺點(diǎn)，就是基于模型法的天然氣管道泄漏檢測(cè)及定位的研究方法多是繼承了液體管道的研究方法，沒有加入對(duì)天然氣氣體本身特點(diǎn)的考量，對(duì)影響其定位精準(zhǔn)度的各種因素未進(jìn)行考慮。因此，對(duì)于模型法的天然氣管道泄漏的定位及研究其目的是實(shí)現(xiàn)優(yōu)越性的推進(jìn)和缺點(diǎn)的完善。

2 模型法天然氣管道泄漏的研究方法

(1)天然氣管道泄漏檢測(cè)的方法研究 管道泄漏的檢測(cè)方法在于運(yùn)用分段檢測(cè)的結(jié)果來進(jìn)行綜合的整體判斷。首先，要按照一定的比例將管道分成N段，利用管道的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)分別采集出N段管道每一段的工作數(shù)據(jù)信息，其中包括流量、壓力、溫度等；其次，通過龍格庫(kù)塔法將每一段的數(shù)據(jù)信息以及管道邊界的數(shù)據(jù)信息計(jì)算出工作的參數(shù)，其順序是首端到末端、末端到首端，會(huì)得出一個(gè)仿真的管道曲線圖；最后，利用首端邊界參數(shù)仿真得到的末端參數(shù)值與實(shí)際的末端參數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，同理，利用末端參數(shù)仿真得到的首端參數(shù)與實(shí)際測(cè)得的首端參數(shù)值進(jìn)行比較，即可得出不同時(shí)刻的天然氣的壓力和流速，當(dāng)其中的一部分壓力和流速出現(xiàn)變化或超過規(guī)定的數(shù)量值時(shí)，即可檢測(cè)到泄漏事故或管道積水和堵塞事故的發(fā)生。

(2)天然氣管道泄漏定位的方法研究 管道泄漏的定位方法則是運(yùn)用管道發(fā)生事故后的首末兩端的邊界條件所呈現(xiàn)出的交叉點(diǎn)來定位泄漏的位置。

首先，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出泄漏的警報(bào)之后，數(shù)據(jù)系統(tǒng)要利用上述的檢測(cè)方法來繪制仿真的曲線圖進(jìn)行泄漏的定位；其次，泄漏發(fā)生后，經(jīng)過一段的時(shí)間，泄漏點(diǎn)的擾動(dòng)就會(huì)分別的傳到管道的兩端，此時(shí)，就能繪制出發(fā)生泄漏后的泄漏點(diǎn)的位置到管道首末兩端的兩條曲線圖；最后，將其與未發(fā)生管道泄漏時(shí)的曲線圖進(jìn)行比較，其交叉點(diǎn)就是管道泄漏的位置。

該定位方法所利用的就是模型法壓力梯度的變化進(jìn)行的，當(dāng)天然氣管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)以上的管道的壓力會(huì)增大，而泄漏點(diǎn)以下的部分壓力則會(huì)減小，此方法就能準(zhǔn)確的計(jì)算出泄漏的位置。

3 模型法天然氣管道泄漏的影響因素

基于模型法的天然氣管道泄漏檢測(cè)及定位研究其中最重要的影響參數(shù)就是摩阻系數(shù)，它直接影響著檢測(cè)及定位的精準(zhǔn)度，因而要想更好的研究天然氣管道泄漏檢測(cè)及定位，就要先解決摩阻系數(shù)分布不均勻的問題。

(1)摩阻系數(shù)分布不均的影響 摩阻系數(shù)是指現(xiàn)實(shí)中存在的多種影響管道運(yùn)輸?shù)哪Σ磷枇Φ南禂?shù)，它包括地勢(shì)、閘門、焊縫、轉(zhuǎn)彎處、過濾器等因素，在實(shí)際工作中，管道的復(fù)雜以及管道構(gòu)件的存在，其影響著阻力的分布不均勻。當(dāng)發(fā)生泄漏事故時(shí)，摩阻系數(shù)的不同必然會(huì)影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)的計(jì)算，進(jìn)而也不利于管道泄漏點(diǎn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)及定位。

(2)摩阻系數(shù)的定位補(bǔ)償 為了能準(zhǔn)確的檢測(cè)和計(jì)算出管道泄漏點(diǎn)的位置，我們可以采取定位補(bǔ)償?shù)姆椒▉砜刂颇ψ柘禂?shù)的分布情況。

首先，將不同管段的摩阻系數(shù)統(tǒng)一為同一個(gè)摩阻系數(shù)；其次，通過等效變換的方法將不同的管段實(shí)際的管道長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換為等效的管長(zhǎng)；最后，在運(yùn)用模型法定位泄漏點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將摩阻系數(shù)平均的分布，對(duì)管道的泄漏位置進(jìn)行修正，從而增加天然氣管道泄漏點(diǎn)的檢測(cè)與定位的準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)泄漏點(diǎn)產(chǎn)生，隨著泄漏量不斷增加，計(jì)算的誤差也就隨著摩阻系數(shù)的加大而不斷增加。但是，摩阻系數(shù)的定位補(bǔ)償方法明顯使其誤差降到最小，實(shí)現(xiàn)了在不改變?cè)Ｐ偷幕A(chǔ)上減小了模型的復(fù)雜度，提高了檢測(cè)的精準(zhǔn)度。

4 結(jié)語

本文通過基于模型法的天然氣管道泄漏檢測(cè)及定位研究對(duì)其檢測(cè)和定位的方法做出了具體闡述，并且基于等效變換的方法將摩阻系數(shù)的分布不均勻的狀況降到最低，提高了泄漏點(diǎn)定位的精準(zhǔn)度，由于該方法的提出還處于理論階段，還有很多地方需要進(jìn)一步的完善和證實(shí)，同時(shí)，該方法的研究也對(duì)天然氣管道泄漏的檢測(cè)及定位開拓了一個(gè)新的方向。

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[2]高炳坤,賈瑩.基于聲波的天然氣管道泄漏檢測(cè)與定位[J].化工自動(dòng)化及儀表，2013，(03).