基于次聲波的泄漏檢測技術(shù)在大港灘海油田的應(yīng)用

1、基于次聲波的泄漏檢測技術(shù)在大港灘海油田的應(yīng)用基于次聲波的泄漏檢測技術(shù)在大港灘海油田的應(yīng)用一、引言埕港管線工程包括49km輸油管線和52km輸氣管線，起點(diǎn)為趙東平臺，終點(diǎn)為大港原油儲運(yùn)庫和天然氣處理站，是大港灘海地區(qū)油氣外輸?shù)闹鲃用}，沿途多為蝦池魚塘，周邊村落繁多，地方關(guān)系復(fù)雜，如何及時(shí)迅速發(fā)現(xiàn)管線的腐蝕穿孔及人為的盜竊打孔造成的泄漏損失，對于埕海油田油氣消費(fèi)的穩(wěn)定具有重要意義。目前應(yīng)用于各大油田的長輸管線泄漏檢測方法主要為聲波檢測技術(shù)、流量差報(bào)警技術(shù)和流量報(bào)警負(fù)壓波定位技 術(shù)三種，埕港管線泄漏檢測系統(tǒng)是以次聲波法為根本方法，利用管道瞬態(tài)模型，采用輸量平衡報(bào)警，次聲波法定位，實(shí)現(xiàn)了對油氣管道泄漏

2、報(bào)警與定位檢測的新方案。二、埕港管線次聲波預(yù)警系統(tǒng)工作原理頻率小于20赫茲的聲波叫做次聲波，由于次聲波頻率低，所以波長往往很長，不易被水和空氣吸收，不容易衰減，傳的很遠(yuǎn)。泄漏產(chǎn)生的次聲波頻率在1赫茲左右，當(dāng)首末兩站間輸油管段內(nèi)某一點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，根據(jù)流體力學(xué)理論，在流體中產(chǎn)生寬頻聲波和負(fù)壓波，在管壁等彈性體內(nèi)那么產(chǎn)生了寬頻聲波和應(yīng)力波。其中寬頻聲波中包含了從次聲波到超聲波的各個(gè)頻段。產(chǎn)生的次聲波將沿管道利用介質(zhì)向兩端傳播，當(dāng)該次波傳播到管道端點(diǎn)時(shí)，并分別被設(shè)在兩端的次聲波變送器捕獲，隨泄漏位置的不同，首末站響應(yīng)的時(shí)間差也不同，根據(jù)響應(yīng)時(shí)間差、管道長度、次聲波傳播速度即可計(jì)算出相應(yīng)泄漏位置。假設(shè)管

3、道長度L、次聲波波傳遞速度alpha;變量、流速V，由以下公式即可算出管道泄漏位置X0：Delta;t=t2t1瞬時(shí)傳播速度是介質(zhì)粘度、密度、管道管徑、彈性模量的函數(shù)。對由于因管線的工況參數(shù)及被輸介質(zhì)的理化性質(zhì)和溫度等引起次聲波波的傳遞速度及衰減速度變化進(jìn)展必要的補(bǔ)償和修正，即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。因管道開關(guān)閥門調(diào)排量、變頻動作均會產(chǎn)生次聲波，次聲波傳感器都有輸出，為減少誤報(bào)警，埕港管線泄漏檢測系統(tǒng)采用了輸量平衡法報(bào)警。由于液體的不可壓縮性，當(dāng)管道充滿油以后，流入管道的液體等于流出管道的液體。不考慮流量計(jì)的誤差，當(dāng)流出量小于流入量時(shí)說明管道發(fā)生了泄漏。當(dāng)進(jìn)油口增加輸量或者減小輸量都會打破流量平衡即進(jìn)

4、站流量不等于出站流量，假設(shè)不加報(bào)警延遲系統(tǒng)會報(bào)警。實(shí)際上流量平衡會很快恢復(fù)，恢復(fù)時(shí)間大約10秒左右。因此根據(jù)管道的實(shí)際情況延遲報(bào)警時(shí)間減少因流量變化而引起的誤報(bào)警，而泄露是無法在十幾秒鐘內(nèi)恢復(fù)流量平衡的所以該系統(tǒng)不會誤報(bào)。三、埕港管線次聲波預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)準(zhǔn)確獲得泄漏引發(fā)的壓力波傳播到上下游傳感器的信號，需要準(zhǔn)確地捕捉到泄漏次聲波信號序列的對應(yīng)特征點(diǎn)。由于不可防止的工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、輸油泵的振動等因素，采集到的次聲波信號序列附加了大量噪聲，如何從噪聲當(dāng)中準(zhǔn)確地提取出信號的特征點(diǎn)是定位的關(guān)鍵，而微弱信號的識別才能又是進(jìn)步系統(tǒng)靈敏度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對管線變頻調(diào)節(jié)流量頻繁以及次聲波信號微弱的特點(diǎn)采用

5、了小波變換的方法。小波變換把某一被稱為根本小波也叫母小波mother wavelet的函數(shù)psi;t作位移tau;后，再在不同尺度a下與待分析信號xt作內(nèi)積：， a0等效的頻域表示是：其根本思想是用一族函數(shù)去表示或者逼近一信號，這一族函數(shù)稱為小波系數(shù)，它是通過一小波母函數(shù)的伸縮和平移產(chǎn)生其子波來構(gòu)成的，用其變換系數(shù)即可描繪原來的信號。小波變換具有多分辨率的特點(diǎn)，即可以由粗及精地逐級分析信號，也可以看成用根本頻率特性為yw的帶通濾波器在不同尺度下對信號作濾波。由于信號在其變化點(diǎn)處通常是奇異的，因此利用小波變換的時(shí)間-尺度熱性，可以有效地檢測信號的奇異性。此外，小波變換還可以抑制噪聲，從而檢測出強(qiáng)

6、噪聲背景下的信號奇異點(diǎn)，獲取信號變化的極值和時(shí)間等信息，這些信息為油氣管道的泄漏檢測和定位提供了重要根據(jù)。四、現(xiàn)場測試及結(jié)論管線選取埕海1-1人工島至埕海結(jié)合站管線，該管線長約18.5 km，管道直徑323mm，技術(shù)指標(biāo)為：靈敏度： 0.5L/s；響應(yīng)時(shí)間：在1min內(nèi)應(yīng)能檢測出管道的突發(fā)性事故；準(zhǔn)確度：plusmn;100m；誤報(bào)率：1%。在1-1島和埕海結(jié)合站進(jìn)展人工模擬放油試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果說明，系統(tǒng)的反響時(shí)間、定位精度等主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)了設(shè)計(jì)要求，最終使用到達(dá)了誤報(bào)率為零、靈敏度小于2m3/h的效果。可以證明，埕港輸油管道泄漏監(jiān)測報(bào)警定位系統(tǒng)，從理論和構(gòu)造上打破了常規(guī)管道泄漏監(jiān)測方法和裝置的缺陷，采用了次聲涉