孙启昌
【摘 要】In a case of planned supercritical carbon dioxide pipeline, several leakage methods are introduced. Comparison and selection of the leakage methods are made based on the principle and performance. The distributed optical fiber temperature leakage detection scheme is selected. The system setting scheme and construction notices of distributed optical fiber temperature leakage detection system are introduced.%文中结合拟建的超临界二氧化碳管道输送工程,介绍了几种常用的管道泄漏检测方法,从原理和性能上对泄漏检测方法进行了比选,确定了分布式感温光纤泄漏检测方案.介绍了采用分布式感温光纤泄漏检测系统的设置方案以及施工注意事项.
【期刊名称】《管道技术与设备》
三维打印
【年(卷),期】2018(000)003
【总页数】5页(P18-21,25)
【关键词】超临界;二氧化碳管道;泄漏检测;分布式感温光纤
【作 者】孙启昌
【作者单位】中石化石油工程设计有限公司,山东东营 257026
【正文语种】中 文
【中图分类】TE9
0 引言
某石油公司拟建一条二氧化碳输送管道，采用碳捕集、利用和封存(CCUS)技术，对化工厂排放的二氧化碳进行捕集提纯，通过管道进行二氧化碳的输送，注入油藏进行驱油，提升采收率的同时减少温室气体排放。管道采用密闭超临界输送工艺，由于超临界态是一种不同于气态和液态的特殊相态，需要对适用于超临界态二氧化碳管道泄漏检测系统的选型和设置进行研究。
1 泄漏检测方法概述
管道的泄漏检测主要分为硬件和软件两种技术[1]。基于硬件的方法主要包括负压波法、次声波法、感温光纤法、电缆检测法、土壤检测法、蒸汽测定法、遥感技术等方法；基于软件的方法包括质量(或体积)平衡法、实时瞬变模型法、压力点分析法、神经网络法、统计分析法等。
与基于软件的泄漏检测方法相比，硬件法通常具有灵敏度高、泄漏点定位能力强、误报率低等优点。目前常用的基于硬件的泄漏检测方法主要是负压波法、次声波法和感温光纤法。
1.1 负压波法
当管道产生泄漏时，泄漏点附近立即有物质损失，引起泄漏点处的密度减小、压力下降，产生负压波[2]。
如图1所示，在管道的进出口处安装压力传感器，分别在t1时刻和t2时刻捕捉到负压波信号，以此判断管道是否发生了泄漏，进而根据负压波传导到管道两端的时间差和负压波的波速进行泄漏点的定位。
简易车棚
图1 负压波泄漏检测原理
泄漏点定位公式如下[3]：
热熔铜螺母压花器(1)
式中：X为泄漏点距首端检测点的距离，m；L为2个传感器之间的管道长度，m；v为管道中介质的流速，m/s；c为声波的传播速度，m/s，c取决于液体的弹性、液体的密度和管材的弹性变形[4]；Δt为上下游传感器接收到压力波的时间差，s。
负压波泄漏检测法具有较高的响应速度和较好的定位精度，但容易受管道具体运行工况的影响,所以常结合流量平衡法来综合判断管道的泄漏。负压波法已在液体管道大量应用，技术比较成熟，也取得了较好的效果。
1.2 次声波法
次声波法的原理是当管道发生泄漏时，喷射而出的介质与管壁产生高速摩擦，产生振动而发出多种频率的声波。声波在气体或液体中传播的衰减主要是由分子吸收、热传导和粘滞效应引起的[5]。流体的吸收系数如下:
(2)极压高温润滑脂
式中：α为吸收系数；ω为声波频率； ρ0为介质的静态密度；η′为切变粘滞系数； χ为热传导系数；Cv为定容比热容；Cp为定压比热容。
由式(2)可知，声波的吸收系数与声波频率的平方成正比，声波的频率越高，介质对声波的吸收越强，声波传播的距离越短；频率越低，吸收越弱，声波传播的距离越长。由于次声波频率很低(低于20 Hz)，会沿着管道传播很远，所以管道的泄漏可以通过检测泄漏产生的次声来实现。
次声波泄漏检测系统是在管道的两端安装次声传感器，检测泄漏产生的次声波，并采用小波分析等数学方法过滤环境噪声,提取泄漏次声特征，采用人工神经网络等方法进行模式识别，判断管道是否泄漏，通过次声波传播到两端次声传感器的时间差来实现泄漏点的定位。系统的典型组成见图2。
图2 声波泄漏检测系统的组成
当管道发生泄漏时，经数据处理和运算后，分别在t1和t2时刻捕捉到泄漏次声信号，见图3
所示奇异点[6]。双刀双掷
图3 泄漏次声信号的奇异点
提取到奇异点后，计算上、下游传感器接收到泄漏奇异点的时间差，根据次声波的传播速度就可以进行泄漏点的定位。定位公式如下：
(3)
式中Δt为上下游传感器接收到泄漏次声波的时间差。
次声波法适用于气体管道，特别是中、高压气体管道，近年来发展很快，在西气东输管道、榆济天然气管道等均有应用。
1.3 感温光纤法
分布式光纤温度检测技术是一种用于实时检测空间温度场分布情况的技术，可以连续测量沿着光纤的温度分布情况。光纤具有质量轻、体积小、防电磁干扰、绝缘性好、耐腐蚀、可挠曲、对被测介质影响小等优点[7]。
利用感温光纤技术主要检测泄漏点处的温度变化。这就要求管道内的介质温度与管道外部的环境温度具有明显的差异，否则就难以检测。感温光纤沿着管道敷设，检测管道的沿线温度，就可以实现管道的泄漏检测，并且具有很好的实时性和准确性。
感温光纤技术的原理是，当光在光纤中传输时，由于光纤的密度、成分、分子振动等的影响，会发生散射，一部分光会反向散射回入射端，包括瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射等，如图4所示。
图4 背向散射光谱
其中，瑞利散射光强度最高而且对温度不敏感，常用于光纤的故障检测和定位。另外两种背向散射光都是对温度敏感的，所以可以采用布里渊散射、拉曼散射的原理来实现温度的测量。
分布式光纤温度泄漏检测系统灵敏度高，温度测量精度为±1 ℃，定位精度±10 m，响应时间≤2 min，可以分区设置报警阈值，误报率低。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议