基于虚拟仪器的原油管道泄漏检测系统.doc

基于虚拟仪器的原油管道泄漏监测系统作者李庄王立坤周琰职务博士研究生单位天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室摘要近年来我国原油泄漏事故频仍造成巨大经济损失和环境污染所以需要一个能够及时发现并精确定位的监测系统我们使用NationalInstruments公司的虚拟仪器开发平台LabVIEW和数据采集卡不间断采集压力流量温度等参数监视管道运行状况并利用电话线路构成通信网络建立了一个实时性较好的监测系统对于突发的原油泄漏我们综合运用了包括小波分析在内的多种信号处理方法能够及时准确地定位泄漏点本系统已经成功地应用于胜利油田和华东输油管理局等集输管网和长输管线取得了可观的经济效益关键词原油管道泄漏虚拟仪器小波分析AVirtualInstrument-BasedOilPipelinesLeakMonitoringSystemAbstract:RawoilleakagehasbeenanimportantproblemtheseyearsinChina,whichwillcauseseriousconsequences,’graphicalprogramminglanguage,LabVIEWandDAQboardareusedtoacquirepressure,flowrateandtemperaturecontinuously,monitoringtheconditionofthepipeline.,areal-,:oilpipelines,leakage,virtualinstrument,waveletanalysis一泄漏监测与定位的原理随着管道的建设各种监测技术也在不断发展目前应用于管道泄漏监测的主要有压力梯度法负压力波法流量平衡法超声波检测法等物理方法和一些化学方法这些方法的特点和应用场合各不相同国外虽然有比较成熟的技术但是不能够适应中国原油输送的特点而且价格昂贵在国内多家大学和油田均做过一定研究但到目前为止只有天津大学研制的系统成功地应用于现场取得了显著的经济效益我国近年来的原油泄漏主要是因为人为破坏造成的特点是持续时间短泄漏量较大属于突发性事故我们采用负压力波检测法1997年我们为华东石油管理局濮阳-滑县的管线设计了一套泄漏监测系统是在DOS操作系统下用C语言实现的其主要缺点是无法实现多任务数据采集和通信不能同时进行从2000年初至今我们使用LabVIEW平台设计并不断完善了基于虚拟仪器的原油管道泄漏监测系统已经成功地安装于临盘-济南和沧州-临邑的两条管线上负压力波法是一种声学方法所谓压力波实际是在管输介质中传播的声波当管道发生泄漏时由于管道内外的压差泄漏点的流体迅速流失压力下降泄漏点两边的液体由于压差而向泄漏点处补充这一过程依次向上下游传递相当于泄漏点处产生了以一定速度传播的负压力波根据泄漏产生的负压波传播到上下游的时间差和管内压力波的传播速度就可以计算出泄漏点的位置定位的原理如图1所示L为管道长度X为泄漏点t1t2为负压波传播到上下游的时间图2为采集到的负压波波形纵坐标单位为MPa图1负压波定位原理time图2负压波波形常规的负压波法定位公式为2taLX∆+=(1其中a为管输介质中压力波的传播速度∆t为上下游传感器接收压力波的时间差此公式的前提是压力波速为常数但是声波的速度与媒质的密度压力比热和管道的材质都有关由于国外大多是轻质油常温输送即可原油的密度沿管线变化不大所以波速可以看作常数而我国的原油具有高粘度高含蜡和高凝点的特点必须加热输送由于管道传输距离长散热明显一般沿程的温度变化约十几到二十几摄氏度所以压力波的传播速度并不是一个常数受温度影响很大考虑到液体的弹性密度和管材的弹性的因素压力波传播速度a重新写为atKttKtEDeC((/((=+⋅⋅112其中K为液体的体积弹性系数ρ为液体的密度E为管材的弹性模量D为管道直径e为管壁厚度C1为与管道约束条件有关的修正系数其中体积弹性系数K和密度ρ都是温度的函数所以采集压力的同时还要采集管道的温度用来校正压力波的传播速度流量在监测中也是一个重要的参数因为我国很多原油