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負壓法輸油管線法蘭式液位變送器測量誤差分析及處理

作時間:2019-09-03  來源:  作者:
   
摘要:輸油管線的法蘭式液位變送器應用多年,但經常遇到法蘭式液位變送器測得的漏失距離和現場實際距離時而誤差很小,時而又 誤差很大的問題。 研究造成這種誤差起伏不定的原因,尋根溯源,從法蘭式液位變送器的內置公式中找出影響它的主要因素,并引出 其他次要因素,根據不同情況,對法蘭式液位變送器的內置公式進行修正,使得法蘭式液位變送器測得距離和實際距離相差在百米之內,從而找 出提高輸油管線負壓法法蘭式液位變送器符合率的方法。
 
一、引言
輸油管線在使用過程中由于管線腐蝕、人為偷盜破壞、自然災害等,都可能造成泄漏,不但給國家造成經濟損失,泄漏的原油還會造成環境污染。輸油管線漏失監測系統是實時監測輸油管線漏失的報警裝置,可及時發現管線的漏失情況。目前現場以負壓法輸油管線法蘭式液位變送器為主,但輸油管線負壓法法蘭式液位變送器其穩定性還存在不足,在實際工作中,管線發生漏失距離與法蘭式液位變送器測得漏失距離的不符合率偏高。它不僅增大了員工尋找漏點的勞動強度,同時還不利于上、中、下游基層站的計量交接管理。為了解決符合率較低的問題,作者通過深入上、中、下游的計量站調查,對上百千米的輸油管線徒步距離核實,并結合GPS定位的現場勘查,解剖不符合率偏高原因,在輸油管線負壓法法蘭式液位變送器使用、調試、維修過程中積累了一定的經驗。
 
二、輸油管線負壓法監測漏失的工作原理
輸油管線用負壓法監測漏失是根據管線中輸送單一介質時,負壓力波傳播速度是恒定的原理。監測負壓波的原理如圖1所示,在輸油管線兩端各安裝一個壓力傳感器,一旦管線有漏失,會在漏失點同時形成一個負壓力波,此負壓力波同時向首站、末站以相反方向、相同速度傳播,首站、末站分別接到此負壓力波時,造成各自的壓力、溫度、排量發生變化,通過監測漏失點負壓波到達首、末站的時間,代入負壓法法蘭式液位變送器計算機內置管線漏點距離公式即可測得漏點距首站距離。
 
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法蘭式液位變送器的內置公式是在輸送純原油狀態下的理想化公式,且在出站壓力、出站溫度相對穩定的條件下運行 程序的,但現場實際情況要受到許多因素的影響。
 
三、泄漏監測結果誤差影響因素溯源及關注點
1.漏失距離測量誤差的影響因素。
(1)集輸油水混合液的影響。集輸油水混合液即集輸管線中液體不僅有油,還有游離水及乳化水,管線中的液體非單一性,會造成壓力傳動波的速度發生變化,F場中測定純原油的壓力傳播速度為1080米/秒,而水的負壓力波傳播速度為1260米/秒,當二者不同比例混合時,其壓力傳播速度在二者傳播速度之間。根據實驗,在某輸油管線輸送油水混合液,負壓法監測計算機測得漏失的平均距離為9.86km,對照實際距離卻是12.66km,二者之間差2.8km,誤差高達28.4%。原因是在輸油管線法蘭式液位變送器中,設定的負壓力波傳播速度為固有的定值,這和實際的負壓力波傳播速度有所差異,這是造成輸油管線監測漏失距離誤差的主要因素之一。
(2)逆流、順流對負壓力波傳播速度的影響。從圖2可以看到,漏失點對負壓力波傳播,傳到首站是逆流而上,而傳到末站是順流而下,管線中原油的負壓力波在逆流而上時有阻尼現象,這樣造成原負壓力波的速度有所減弱:v-v0(其中v0為管線中原油的流速);而順流而下管線中原油的負壓力波在管線流速中呈現了增速:v+v0,這樣原來的公式就不適應于實際情況,管線中原油的流速越快,造成的誤差也就越大。
修正的漏失計算公式推導:
S=S1+S2
 
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圖2逆流、順流對負壓力波傳播速度的影響S1=Δt1(v-v0)②S2=Δt2(v+v0)③由①、③可得S1=S-S2=S-Δt2(v+v0)④式②+④可得2S1=S+Δt1(v-v0)-Δt2(v+v0)S1=S2+Δt1(v-v0)2-Δt2(v+v0)2(3)其他影響負壓力波傳播的因素。原油品質的影響。油品比較差的原油,如蠟質、膠質、瀝青質高的原油,對應的負壓力波傳播速度是偏低的。其原因是介質中的蠟質、膠質、瀝青質有微結晶現象,對負壓力波形成阻尼作用。
油水混合物中礦化度高的水在管線中流動,也是影響負壓力波傳播速度的原因之一,如海水在管線中負壓力波傳播速度為1396米/秒,礦化度越高,傳播的速度就越大。溫度的影響,由原油流變相關理論可知,溫度越低,原油中越易形成蠟晶核,蠟晶核對負壓力波傳播有阻尼作用。
2.現場情況影響誤差的關注點。
(1)在原油集輸管線中彎頭的存在對原油負壓力波傳播有影響,一個90°的彎頭,其流動阻力相當于10多米通徑管線的流動阻力,對60°、135°彎頭的流動阻力,可折算相應距離。為了便于施工,管線維修時進行“搭橋”的管線,要在理論計算上折合成管線距離,一次施工采用“搭橋”就意味一個搭橋增加了多個彎頭,如圖3~圖5所示。
 
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(2)輸油管線在過河底穿越時,不僅有彎頭增加距離而造成管線負壓力波的傳播距離的變化,而且在河底造成一段管線的溫場發生的變化,管線溫度局部降低造成管線負壓力波傳遞速度非均一性。
(3)管線經過道路的露天跨越,同樣也有上述情況的出現,管線增加彎頭數量越多,而在停輸后再啟輸,啟泵的壓力傳到該處負壓力波傳播速度要受到影響。
(4)管線保溫防腐層對負壓力波傳播影響,其保溫防腐層質量好,則形成管線溫場效果就好,反之管線中溫場就差;輸油管線中原油溫度的變化,對原油輸送負壓力波的傳播也有一定影響。
(5)在現場實驗中,管路不可避免混合了少量空氣及溶解氣,這就勢必改變管線介質的彈性模量,從而降低管線系統負壓力波傳播速度。另外管線本身不是剛性,而是彈性,當流體受到壓縮時,管線就會發生膨脹,這也影響了管線負壓力波傳遞速度。故工作現場輸送混合原油時,含水原油對管線介質傳播速度以現場實測———在線測量為主。
 
四、針對檢漏誤差的影響因素所采取的相應措施
1.可把自動含水儀的測試結果和輸油管線法蘭式液位變送器聯網,這樣輸油管線介質的含水變化可以不斷地修正負壓力波傳播速度的變化,把輸油流量計和管線法蘭式液位變送器聯網,得出輸油管線混液流速,則逆流而上的負壓力波傳播速度為V混-V0,而順流而下的負壓力波傳播速度為V混+V0,把這些因素納入公式,進行計算機軟件編程時,結合輸油管線施工狀況、停輸原油后再啟泵等情況,五個關注點就顯示影響的重要性了,在工作中要酌情給予重視,并納入法蘭式液位變送器參數修正上。
2.盡量在管線中輸送純原油,如集輸排量未達標,要恒定滲水,以確保原油含水的相對穩定,這樣管線中負壓力波傳播速度就趨于穩定,避免了一條輸油管線中有的管段含水高、有的管段含水低的現象,就能避免管線輸送混合原油的負壓力波在一管段中速度快,而在另一管段中速度慢的現象。
3.保持輸油出口的相對恒溫性,以避免溫度的影響造成蠟晶核的產生,從而影響輸油管線負壓力波傳播速度的變化。
4.排量在非特殊的情況下保持穩定,使得原油介質流速V0成為一個固定值,便于漏失測試儀的準確測試。
5.如有中轉站可采取短時的跨站輸油,在中轉站內進行閘門開關模擬漏失試驗,即可對參數進行修正,使其更接近實際情況
。6.如無中轉站,可采取在輸油管線的中部附近且交通便利的部位開孔裝閘門模擬漏失試驗,定期對參數進行修正,以獲取非常佳負壓力波傳播速度。
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