輸油管道停輸過(guò)程泄漏判定

聶超飛，王玉彬，閆 鋒，刁 宇，丁 雨，梁云龍

1.中國(guó)石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中國(guó)石油管道公司生產(chǎn)處，河北廊坊 065000

3.中石油山東輸油有限公司，山東日照 276800

輸油管道停輸過(guò)程泄漏判定

聶超飛1，王玉彬1，閆 鋒1，刁 宇1，丁 雨2，梁云龍3

1.中國(guó)石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中國(guó)石油管道公司生產(chǎn)處，河北廊坊 065000

3.中石油山東輸油有限公司，山東日照 276800

為了監(jiān)測(cè)管道的泄漏狀況，輸油管道停輸期間一般都保持一定壓力。當(dāng)壓力變化較小時(shí)，通常認(rèn)為管道無(wú)泄漏；但如果管道壓力變化較大時(shí)，則往往無(wú)法判定是由管內(nèi)介質(zhì)溫度降低造成的，還是由管道泄漏所致。根據(jù)停輸期間管道及介質(zhì)的受力特點(diǎn)，在對(duì)管體容積和油品容積變化模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立了輸油管道停輸過(guò)程泄漏判定方法，并編制了相應(yīng)的軟件，而后結(jié)合具體實(shí)例對(duì)管道的泄漏狀況進(jìn)行了分析。實(shí)踐表明，泄漏狀況預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，符合實(shí)際情況。該方法可以滿足工程需要，可為輸油管道運(yùn)行管理和決策提供技術(shù)支持。

輸油管道；停輸；泄漏判斷；管體容積；油品容積

本文根據(jù)停輸期間管道及介質(zhì)的受力特點(diǎn)，在對(duì)管體容積和油品容積變化模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立了輸油管道停輸過(guò)程泄漏判定方法[1-7]。

1 模型分析

輸油管道停輸穩(wěn)壓過(guò)程中，溫度和壓力變化導(dǎo)致的管容變化可分為管體和油品兩部分[8]。油品體積變化量減去管容體積變化量，即為油品泄漏量，當(dāng)油品泄漏量為0時(shí)，即判定管道無(wú)泄漏。

1.1 管體容積的變化

對(duì)于管體容積的變化值，其受到管道壓力和溫度的影響[9]，即：

式中：Vp為管道容積，m3；P為管道壓力，Pa；T為介質(zhì)溫度，℃。

管道容積變化值為：

根據(jù)管道受力狀態(tài)，內(nèi)壓對(duì)管道容積變化量的影響可表達(dá)為：

式中：L為管道長(zhǎng)度，m；ν為管材泊松比，無(wú)量綱；E為管材彈性模量，Pa；D為管道外徑，m；δ為管道壁厚，m。

在管道嚴(yán)密性試壓過(guò)程中，當(dāng)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，管道的截面積與長(zhǎng)度都將發(fā)生變化，并影響管道的容積。根據(jù)埋地管道受力狀態(tài)，溫度變化對(duì)管道容積變化量的影響可表達(dá)為[10]：

式中：n為管道體積膨脹影響系數(shù)，對(duì)于長(zhǎng)輸管道，n=2.2；V0為試壓段初始管容，m3；α為管材線性膨脹系數(shù)，℃-1，α=1.2×10-5℃-1。

1.2 油品容積的變化

管道內(nèi)原有油品體積的變化量主要受管道內(nèi)壓及試壓介質(zhì)溫度的影響，可表達(dá)為：

油品在壓強(qiáng)作用下有體積縮小的傾向，可表達(dá)為：

式中：Vw為油品體積，m3；βp為油品壓縮系數(shù)，（MPa）-1。

βp可根據(jù)以下計(jì)算公式計(jì)算：

式中：ρ0為介質(zhì)密度，kg/m3。

溫度變化對(duì)油品體積的影響可表達(dá)為[11]：

式中：βW為油品體積膨脹系數(shù)，無(wú)量綱。

通過(guò)以上分析可知，當(dāng)停輸穩(wěn)壓管道的壓力和溫度發(fā)生變化時(shí)，如發(fā)生泄漏，則泄漏量為：

如未發(fā)生泄漏，則溫度變化ΔT引起的壓降為：

把上述推導(dǎo)的公式編制成相應(yīng)的輸油管道停輸泄漏判定軟件，使用該軟件可使分析計(jì)算過(guò)程更加清晰方便。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證

（1）實(shí)例一。2013年10月17日，國(guó)內(nèi)某成品油管道的支線管道（管徑355 mm，壁厚5.6 mm，管體彈性模量15萬(wàn)MPa，管輸原油密度842 kg/m3）開(kāi)始進(jìn)行水聯(lián)運(yùn)及投油運(yùn)行，18日17:00-21:00進(jìn)行高壓測(cè)試，到19日9:00壓力不再有明顯變化，穩(wěn)壓情況很好。19日14:15首站啟泵開(kāi)始向管道注油，計(jì)量站壓力升至1.5 MPa停輸，壓力平衡后關(guān)閉1#～5#閥室，20日1:30開(kāi)始對(duì)全線進(jìn)行穩(wěn)壓測(cè)試，此時(shí)油頭距3#閥室約3～4 km。停輸后，1#閥室進(jìn)站壓力出現(xiàn)下降，截止到10月24日17:00，1#閥室上游壓力已從停輸時(shí)的1.48 MPa下降到0.31 MPa，累計(jì)下降了1.17 MPa，在此期間油品平均溫度從26℃降低到24.8℃。

根據(jù)推導(dǎo)的輸油管道停輸穩(wěn)壓泄漏判定模型，利用軟件計(jì)算10月24日17:00時(shí)的壓力值，計(jì)算結(jié)果為0.39MPa，與現(xiàn)場(chǎng)壓力數(shù)據(jù)非常接近，因此可判斷現(xiàn)場(chǎng)壓降是溫度引起的正常壓降，而并非管道發(fā)生泄漏。

（2）實(shí)例二。2014年4月16日，國(guó)內(nèi)某原油管道（管徑508 mm，壁厚7 mm，管體彈性模量21萬(wàn) MPa，管輸原油密度843 kg/m3） 計(jì)劃停輸。停輸前該段管道采取保壓措施，壓力升高并穩(wěn)定在5.27 MPa左右。16日8:00開(kāi)始停輸，停輸后上游壓力出現(xiàn)下降，截止到17日16:30，上游壓力已從停輸時(shí)的5.27MPa下降至1.0MPa左右，累計(jì)下降4.27 MPa，油品平均溫度也從38℃降低至35.4℃左右。

根據(jù)輸油管道停輸穩(wěn)壓泄漏判定模型進(jìn)行計(jì)算可得到，若無(wú)泄漏，那么僅由溫度降低導(dǎo)致的壓力下降預(yù)計(jì)值應(yīng)該在3 MPa左右，而不是4.27 MPa，因此初步判斷該段管道存在泄漏點(diǎn)。后來(lái)通過(guò)與生產(chǎn)管理部門溝通協(xié)調(diào)，確定了管道存在泄漏的位置。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用本文提出的上述計(jì)算方法和編制的軟件，可根據(jù)輸油管道停輸后的溫度、壓力變化，預(yù)測(cè)管道是否發(fā)生泄漏，以及無(wú)泄漏時(shí)溫度穩(wěn)定后管道壓力變化的預(yù)期值，實(shí)踐表明，預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，符合實(shí)際情況。

[1]王立坤.原油管道泄漏檢測(cè)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].天津：天津大學(xué)，2003.

[2]夏海波，張來(lái)斌，王朝輝.國(guó)內(nèi)外油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2001，20（1）：1-5.

[3]稅愛(ài)社，周邵騎，李生林，等.長(zhǎng)輸管道泄漏診斷專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2002，21（4）：1-3.

[4]蔣仕章，蒲家寧.石油天然氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及定位方法[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2000，19（3）：50-52.

[5]楊筱蘅，張國(guó)忠.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1996.

[6]黃維和.油氣管道輸送技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2012.

[7]羅塘湖.含蠟原油流變特性及其管道輸送[M].北京：石油工業(yè)出版社，1991.

[8]閆鋒，閆紅霞，谷英翠，等.長(zhǎng)輸管道嚴(yán)密性試壓穩(wěn)壓時(shí)間研究[J].石油工程建設(shè)，2011，37（6）：1-6.

[9]張宏，趙炳剛，陳三強(qiáng)，等.用壓力容積圖進(jìn)行管道試壓方式研究[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，1996，15（3）：42-44.

[10]潘永東，張洪元.溫度變化對(duì)鋼質(zhì)管道水壓試驗(yàn)的影響[J].石油工程建設(shè)，2006，32（5）：10-13.

[11]王俊越，張瑋，里佐威.水體膨脹系數(shù)隨溫度變化的測(cè)定[J].物理實(shí)驗(yàn)，1999，19（3）：6-19.

Determination ofleakage during shutdown ofoilpipeline

NIE Chaofei1，WANG Yubin1，YAN Feng1，DIAO Yu1，DING Yu2，LIANG Yunlong3
1.PetroChina Pipeline R&D Center，Langfang 065000，China
2.PetroChina Pipeline Company，Langfang 065000，China
3.PetroChina Shandong Petroleum Co.，Ltd.，Rizhao 276800，China

In order to monitor the leakage of the oil pipeline，there will generally remain a certain pressure in the oil pipeline during the shutdown period.When the pressure changes less，it is usually believed that there is no leakage；But if the pipeline pressure changes greatly，usually it is rather difficult to determine whether the pressure change is caused by the oil temperature decrease in the pipeline or by the oil leakage.According to the force-loading characteristics of the pipeline and the analysis of the pipeline volume and oil volume variation model，the judging method of leakage during the pipeline shutdown is built and the corresponding software is compiled.Then the specific leakage condition of the pipeline is analyzed. The practice shows that the leakage prediction is accurate and reliable.The judging method willprovide the technical support for pipeline operation management and decision-making.

oilpipeline；shutdown；leakage judgement；pipeline volume；oilvolume

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.006

聶超飛（1987-），男，河北石家莊人，工程師，2013年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油與天然氣工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)工藝和油氣管道系統(tǒng)工藝方向的研究工作。

2016-12-23

Email：neicf@petrochina.com.cn