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            成品油管道技术

            发布时间: 2016-02-16 16:55:54   作者:无   来源:

             

            第一部分:概述
            第二部分:技术原理
            第三部分:国内应用和发展
            第四部分:国外应用和发展
            第五部分:供应商信息
            第六部分:大玩家彩票网址经典案例
            第七部分:部分参考文献
             
            概述
            1.      定义
            管道运输是我国新兴的运输行业,是继铁路、公路、水运和航空运输之后的第五大运输
            业.在经济和社会发展中起着十分重要的作用。管道运输是利用地下管道将原油、天然气、
            成品油、矿浆、煤浆、乙烯等介质输送到目的地。
            2.      优势
            成品油管道具有低成本、高效率、易于优化物流管理、降低运输损耗和风险等多项其他运输方式所不具有的固有优势,已被世界各国广泛接受,并大量应用于广大内陆区域的成品油调配运输。
            世界各国之所以不断地发展油品管道运输,积极调整成品油运输结构,就是因为成品油管道运输具有很多的优越性,其大量采用对一个国家的经济发展起着很重要的作用。
            a)能明显减少油品损耗
            由于成品油是轻质液体燃料,具有易燃、易爆、易于挥发的特点,采用管道密闭输送,町大大降低(装车、卸车、运输等操作过程中的)蒸发损耗,其安全性也得以提高。
            若以全国每年产销15亿吨成品油、其中50%采用铁路运输计算,那么其装、卸和运输过程中发生的油品损耗就可达50万吨/年以上,折合人民币约15亿元。若这些油品全部采用管道密闭输送,这些损耗的大部分就可节省下来。
            b)能明显降低运输费用
            由于管道运输操作环节少,能耗低,自动化程度高,统一管理,节省人力,因此管道运输总的输油成本要比其他陆路运输方式低很多。
            管道运输较之其他陆路运输方式,无论是在运价f:还是在能耗上都具有明显的优势。管道运输能耗仅为铁路运输的15%,运输成本只是铁路的20%一60%。
            目前,我国全国性的铁路运输紧张状况在短期内还难以得到彻底解决。由于我国石油资源的分布、炼厂的布局和社会需求的不均衡性,北油南运,东油西运的流向格局仍将长期存在下去。为了尽快优化调整我国的成品油运输结构,缓解铁路运输紧张状况,加快发展成品油管道运输将是最好的办法和出路。
            c)可以省去装、卸、运输等多个作业环节
            管道运输既节省人力,又减少转运环节、加快周转速度,在相同的油库容量下,用管道输送油品可实现更大的周转率。
            d)可以减轻油品运输供应的不均衡性,并改善输油的操作条件,便于集中管理铁路装、卸油设计的不均衡系数一般为123,而管道输送本身的不均衡系数则接近1,可基本消除不均衡供应的问题。
            e)对复杂地形和恶劣气候条件适应性更强:管道便于翻山越岭,不受坡度的影响,输油过程基本不受气候条件的影响。
            f)对环境的污染更少,运输过程更加安全可靠。
            g)可能导致油品质量变差的因素更少。
            h)成晶油管道建设快、占地少、投资省。
             
            技术原理
            1.         负压波泄漏检测方法
             当管道因机械、人为破坏、管材腐蚀老化等因素发生泄漏时,管内外压差使流体迅速流失,泄漏部位的物质损失使临近部位流体密度减小,压力降低并且以类似于声波向上下游扩散,在管道两端安装的压力传感器分别在t.时刻和t:时刻捕捉到这种信号,从而判断管道发生了泄漏,进而根据负压波传到管道两端的时间差和负压波波速就可以进行泄漏定位。
            由负压波定位公式可以达到以下目的:
            (1)准确地确定负压波在管道中的传播速度。
            (2)确定泄漏负压波信号传到管道上下游压力传感器的时间差。
            (3)统一各泵站工控机系统时间,以得到负压波传输到两端的精确的时间差。
            (4)消除由于管道运行工况的变化而造成的负压波对泄漏检测系统的干扰。
            2.         质量平衡泄漏检测法
             该方法基于管道中流体流动的质量守恒关系,在管道无泄漏的情况下,进入管道的质量流量应等于流出管道的质量流量。当泄漏程度达到一定量时,入口与出口就形成明显的流量差。检测管道多点位的输入和输出流量,或检测管道两端泵站的流量并将信号汇总构成质量流量平衡图像,根据图像的变化特征就可确定泄漏的程度和大致的位置。该方法简单、直观。但油品沿管道运行时其温度、压力和密度可能发生变化,管道内可能顺序输送不同种类的油品,管道沿线进出支线较多,这些因素使管道流体状态及参数变得复杂,影响管道计量的瞬时流量,从而容易造成误检。为了提高检测精度和灵敏度,人们改进了基于时点分析的流量平衡法。改进后的动态流量平衡法在检测精度和灵敏度方面比一般的流量平衡法有所提高。在使用改进后的动态流量平衡法进行管道泄漏检测时,流量计的精度和管道油品存余量的估计误差是该技术中的两个关键因素。减小流量计的测量误差可显著提高检漏的精确性,为此可以采用拟合流量计流量误差曲线的方法,对流量计进行精度补偿,对计量精度进行实时在线校正,从而提高管道检漏的精确性。另外为了保证对两个流量计之间管道油品存余量预测的精确性,两流量计问的距离不能设置得太长。但是改进后的动态流量平衡法需要建立管线的动态模型,而且用这种方法确定泄漏位置对少量泄漏的敏感性差,不能及时发现泄漏,因此采用质量平衡法检测管道泄漏需要配合其它方法使用。
            3.         实时模型泄漏检测法
             实时模型法是近年来国际上着力研究的检测管道泄漏的方法。自上世纪80年代中后期以来,我国也对实时模型法进行了研究。其基本思想是根据瞬变流的水力模型和热力模型考虑管线内流体的速度、压力、密度及粘度等参数的变化,建立管道的实时模型,在一定的边界条件下求解管内流场,然后将计算值与管端的实测值相比较。当实测值与计算值的偏差大于一定范围时,即认为发生了泄漏。在泄漏定位中使用稳态模型,根据管道内的压力梯度变化可确定泄漏点的位置。主要方法有以估计器为基础的实时模型法、以系统辨识为基础的实时模型法和基于扩展Kalman滤波器的实时模型法。
             以估计器为基础的实时模型法是上世纪80年代中期发展起来的一项技术,由于管道内流体的各物理参数都可能随时间变化,属于一类时变的非线性系统,因而运用估计器能较好地处理上述问题。估计器的输人为上下游入口压力值,输出为上游站出口和下游站入口的流量值。在泄漏量较小的情况下,可以假定上下游入口压力不受泄漏的影响,只是压力梯度呈折线分布,因而估计器的输出也不受泄漏的影响。但是,当管道发生较大的泄漏后,管道上游站出口实测流量将因泄漏而变大,下游站入口的实测流量将因泄漏而变小。由实测值与估计值得出偏差信号,通过对偏差信号做相关分析,便可得到定位结果。该方法需要在管道上安装流量计,对仪表的要求高,对于管道泄漏量比较大的情况,该方法假定上下游入口压力不受泄漏的影响是不成立的。以系统辨识为基础的实时模型法分别建立故障灵敏模型及无故障模型进行检测和定位,以满足泄漏和定位对模型的不同要求。在管道完好的条件下,建立无故障模型和故障灵敏模型,然后,基于故障灵敏模型,用自相关分析算法实现泄漏检测;基于无故障模型,用适当的算法进行定位,最后进行泄漏量估计。该方法的缺点是对仪表的要求高,运算量大。基于扩展Kalman滤波器的实时模型法将管道等分成n段,假定中间分段点上的泄漏量分别为QI、Qz、Qn。然后,建立包括上述泄漏在内的状态空间离散模型,用Kalman滤波器来估计这些泄漏量,运用适当的判别准则,便可进行泄漏点的检测和定位。该方法需假定管道内流体的流动是稳定的,需要在管道上安装流量计,检测和定位精度与管道的分段数rl有关。
               实时模型法的报警门限值与测量仪器误差、流动模型误差、数值计算过程中产生的误差以及要求的报警时间有关。如果采用较d,f-]限值来检测更小的泄漏,那么由于以上原因导致的不确定性就会产生更多的误报警;如果要求低的误报警率,那么所能检测到的最小的泄漏必然变大。该方法要求管道模型准确,但是影响管道动态仿真计算精度的因素众多,因此采用该方法进行检漏及定位的难度很大,并且误报警率高是实际应用中的一个难以解决的问题。
            4.         统计决策泄漏检测法
             统计决策法是壳牌公司开发出的一种新型的管道检漏方法。该系统根据管道出入口的流量和压力,连续计算压力和流量之间关系的变化。当泄漏发生时,流量和压力之间的关系就会变化。它使用序贯概率比检阅(SPRT)的方法和模式识别技术对实测的压力、流量值进行分析,连续计算发生泄漏的概率,并利用最小二乘法进行泄漏点定位。该方法使用统计决策论的观点较好地解决了瞬变模型中误报警的问题,而且不用建立复杂的管道模型,降低了计算上的复杂性。统计泄漏检测系统还具有在线学习能力,可以适应管道参数的变化该方法的主要优点是原理简单,维护方便,适应性好,缺点是检漏精度受仪表精度影响比较大,定位精度较差。
            5.         压力梯度泄漏检测法
             压力梯度法是上世纪80年代末发展起来的一种技术,它的原理是:当管道正常输送时,站间管道的压力坡降呈斜直线,当发生泄漏时,漏点前的流量变大、坡降变陡,漏点后流量变小、坡降变平,沿线的压力坡降呈折线状,折点即为泄漏点,据此可算出实际泄漏位置。压力梯度法只需要在管道两端安装压力传感器,简单、直观,不仅可以检测泄漏,而且可确定泄漏点的位置。但因为管道在实际运行中,沿线压力梯度里非线性分布,因此压力梯度法的定位精度较差,而且仪表测量对定位结果有很大影响。所以压力梯度法定位可以作为一个辅助手段与其它方法一起使用。针对线性压力梯度法定位精度差的问题,国内学者提出了不等温长输管道泄漏定位的方法。通过建立反映管道沿程热力变化的水力和热力综合模型,找到更能反映实际情况的非线性压力梯度分布规律,进行泄漏定位。此方法对于原油(或其它流体)在粘度、密度、热容等特性方面随着沿程温度下降有较大变化的管道显示出很大的优越性,但该方法需要流量信号,而且需要建立较复杂的数学模型,增加了计算量。
            6.         应力波泄漏检测法
             管线由于腐蚀、人为打孔原因破裂时,会产生一个高频的振动噪声,该噪声以应力波的形式沿管壁传播,强度随距离按指数规律衰减。在管道上安装对泄漏噪声敏感的传感器,通过分析管道应力波信号功率谱的变化,即可检测出流体的泄漏。由于影响管道应力波传播的因素很多,在实际中很难用解析的方法准确描述出管道振动。有人提出使用神经网络学习管道正常信号与泄漏信号,进而对管道的泄漏进行判断。
            7.         声波泄漏检测法
             当管道内液体泄漏时,由于管道内外的压力差,使得泄漏的流体在通过漏点到达管道外部时形成涡流,这个涡流就产生了振荡变化的压力或声波。该声波可以传播扩散返回泄漏点并在管道内建立声场。声波法是将泄漏时产生的噪声作为信号源。当管道发生泄漏时,泄漏点产生的声波沿管道向两端传播,通过设置好的传感器拾取该声波,经处理后确定泄漏是否发生并进行定位。传统的声波检测是利用离散型传感器,即沿管道按一定间隔布置大量传感器,这种方法成本很高。近年来随着光纤传感技术的发展,已开发出连续型光纤传感器进行泄漏噪声检测。使用光纤替代大量的传统传感器,降低了检测成本,而且连续型传感器与传统传感器相比也提高了检测能力。
             
            国内发展和应用现状
            迄今为止,我国成品油管道已投用的只有8(其中超过1 000公里的仅2)。这些管道所承担的运量不到我国成品油运输总量的4%。我国现有成品油管道总长度还不到4 000公里,仅占世界成品油管道总长度的150。而我国成品油社会需求量已居世界第二位,每年生产成品油15亿多吨,其中大部分要靠铁路运输,为此要常年占用铁路油槽车6万多辆。这不仅给铁路运输带来很大的压力,而且在运输结构上也极不合理。
            目前我国铁路运输运力十分紧张,费率已是世界平均运费率的3倍。尽管采取了很多措施,但铁路运输紧张状况仍难以得到根本解决,这无疑对我国国民经济的发展产生不利影响。
            进入新世纪,我国油气管道建设进入了一个新的发展时期,随着西气东输、西部油气管道等重点工程的建成投产,一个”西油东送、北油南运””西气东输、北气南下、海气登陆、就近供应”的油气供应格局正在形成.”十一五”期间,我国将新建输油气管网总长度28km,总投资1800亿元,”十一五”期末,油气管网总长度将达到8万多公里,构成东北、西北、西南和海上四大油气通道.
            总之,中国石油天然气管道局愿意与运输业的同行们携手并进,共同推动我国五大运输业的快速发展,为国民经济和社会发展,为全面建设小康社会做出积极的贡献.
             
            国外发展和应用现状     
            于年提出了在开环管道系统中用频率响应来确定泄漏点位置和泄漏量的方法。该方法通过周期性开关阀门产生一个稳态振荡流,使用转移矩阵方法分析频域并获取阀门处的频率响应图,对有泄漏的管道系统,响应图中存在着低于无泄漏系统共振压力幅度峰的附加共振压力幅度峰。这种方法对于高压力长距离的输油管道来说,产生振荡流是不符合安全生产运行要求的,同时无法做到连续实时监测。
            近几年,国外某些管道公司还采用了一种称为压力点分析(PPA)的技术,它是根据管道发生泄漏前后能量和动量平衡特性提出来的,依靠分析单一测点数据特征,通过比较管道内流体的短期变化信号和正常操作信号,寻找并指明发生泄漏的模式。该方法结构简单,无需专用的检测仪表。但是单点分析的模式区分偏于简单,易发生误报警,无法定位等都是此种方法的局限。
             
            供应商信息
            洛阳国润管业有限公司 
            天津市通用钢管有限公司 
            河北天元钢管制造有限公司
            兴化市晨锋不锈钢波纹管厂
            北京佳峰科技发展有限公司
            北京超达波纹管制造有限公司
            四川永亮科技发展有限公司防腐工程部
            常州市常联波纹管有限公司
            河北宝隆钢管有限公司
            无锡市特钢材料有限公司
            河北中德利无缝钢管制造有限公司(总公司)
            河北元成实业有限公司
             
            经典案例
            见“长距离浆体输送管道线路和输送运行方式选择优化设计.pdf
             
            参考文献
             [1]王文彦.蓬勃发展的管道运输业[A].中国系统工程学会交通运输系统工程专业委员会成立20周年暨2006中国城市交通创新论坛论文集[C.北京:中国系统工程学会,2006.151154.
            [2]李春光.我国成品油管道运输的现状及发展思路[J].当代石油石化,2004,(8):1621.
            [3]刘恩斌.输油管道泄漏检测技术研究[D].四川南充市:西南石油学院,2006.
            [4]姚海臣.长输油管道控制系统资源配置优化研究[D].大庆:大庆石油学院,2007.
            [5]丁宏达.长距离浆体输送管道线路和输送运行方式选择优化设计[J].水力采煤与管道运输,1999,(4):2127.