基于模型法的天然氣管道泄漏檢測及定位研究

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，因此對于天然氣管道泄漏的檢測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及定位研究對于及時發(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)理對管道的全部力學(xué)特性進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)對泄漏位置的檢測和定位。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，沒有加入對天然氣氣體本身特點(diǎn)的考量，對影響其定位精準(zhǔn)度的各種因素未進(jìn)行考慮。因此，對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的方法研究 管道泄漏的檢測方法在于運(yùn)用分段檢測的結(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)信息計算出工作的參數(shù)，其順序是首端到末端、末端到首端，會得出一個仿真的管道曲線圖；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)際測得的首端參數(shù)值進(jìn)行比較，即可得出不同時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，即可檢測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)出泄漏的警報之后，數(shù)據(jù)系統(tǒng)要利用上述的檢測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)過一段的時間，泄漏點(diǎn)的擾動就會分別的傳到管道的兩端，此時，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，泄漏點(diǎn)以上的管道的壓力會增大，而泄漏點(diǎn)以下的部分壓力則會減小，此方法就能準(zhǔn)確的計算出泄漏的位置。

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、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，摩阻系數(shù)的不同必然會影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)的計算，進(jìn)而也不利于管道泄漏點(diǎn)數(shù)據(jù)的檢測及定位。

(2)摩阻系數(shù)的定位補(bǔ)償 為了能準(zhǔn)確的檢測和計算出管道泄漏點(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)際的管道長度轉(zhuǎn)換為等效的管長；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)了在不改變原模型的基礎(chǔ)上減小了模型的復(fù)雜度，提高了檢測的精準(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及定位研究對其檢測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，該方法的研究也對天然氣管道泄漏的檢測及定位開拓了一個新的方向。

[1]馮曉東,畢研軍,薛振奎.基于瞬態(tài)模型法的輸氣管道泄漏檢測現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2011，(03).

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