輸油管道停輸過程泄漏判定

聶超飛，王玉彬，閆 鋒，刁 宇，丁 雨，梁云龍

1.中國石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中國石油管道公司生產(chǎn)處，河北廊坊 065000

3.中石油山東輸油有限公司，山東日照 276800

輸油管道停輸過程泄漏判定

聶超飛1，王玉彬1，閆 鋒1，刁 宇1，丁 雨2，梁云龍3

1.中國石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中國石油管道公司生產(chǎn)處，河北廊坊 065000

3.中石油山東輸油有限公司，山東日照 276800

為了監(jiān)測管道的泄漏狀況，輸油管道停輸期間一般都保持一定壓力。當壓力變化較小時，通常認為管道無泄漏；但如果管道壓力變化較大時，則往往無法判定是由管內(nèi)介質(zhì)溫度降低造成的，還是由管道泄漏所致。根據(jù)停輸期間管道及介質(zhì)的受力特點，在對管體容積和油品容積變化模型進行分析的基礎上，建立了輸油管道停輸過程泄漏判定方法，并編制了相應的軟件，而后結合具體實例對管道的泄漏狀況進行了分析。實踐表明，泄漏狀況預測結果準確、可靠，符合實際情況。該方法可以滿足工程需要，可為輸油管道運行管理和決策提供技術支持。

輸油管道；停輸；泄漏判斷；管體容積；油品容積

本文根據(jù)停輸期間管道及介質(zhì)的受力特點，在對管體容積和油品容積變化模型進行分析的基礎上，建立了輸油管道停輸過程泄漏判定方法[1-7]。

1 模型分析

輸油管道停輸穩(wěn)壓過程中，溫度和壓力變化導致的管容變化可分為管體和油品兩部分[8]。油品體積變化量減去管容體積變化量，即為油品泄漏量，當油品泄漏量為0時，即判定管道無泄漏。

1.1 管體容積的變化

對于管體容積的變化值，其受到管道壓力和溫度的影響[9]，即：

式中：Vp為管道容積，m3；P為管道壓力，Pa；T為介質(zhì)溫度，℃。

管道容積變化值為：

根據(jù)管道受力狀態(tài)，內(nèi)壓對管道容積變化量的影響可表達為：

式中：L為管道長度，m；ν為管材泊松比，無量綱；E為管材彈性模量，Pa；D為管道外徑，m；δ為管道壁厚，m。

在管道嚴密性試壓過程中，當介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，管道的截面積與長度都將發(fā)生變化，并影響管道的容積。根據(jù)埋地管道受力狀態(tài)，溫度變化對管道容積變化量的影響可表達為[10]：

式中：n為管道體積膨脹影響系數(shù)，對于長輸管道，n=2.2；V0為試壓段初始管容，m3；α為管材線性膨脹系數(shù)，℃-1，α=1.2×10-5℃-1。

1.2 油品容積的變化

管道內(nèi)原有油品體積的變化量主要受管道內(nèi)壓及試壓介質(zhì)溫度的影響，可表達為：

油品在壓強作用下有體積縮小的傾向，可表達為：

式中：Vw為油品體積，m3；βp為油品壓縮系數(shù)，（MPa）-1。

βp可根據(jù)以下計算公式計算：

式中：ρ0為介質(zhì)密度，kg/m3。

溫度變化對油品體積的影響可表達為[11]：

式中：βW為油品體積膨脹系數(shù)，無量綱。

通過以上分析可知，當停輸穩(wěn)壓管道的壓力和溫度發(fā)生變化時，如發(fā)生泄漏，則泄漏量為：

如未發(fā)生泄漏，則溫度變化ΔT引起的壓降為：

把上述推導的公式編制成相應的輸油管道停輸泄漏判定軟件，使用該軟件可使分析計算過程更加清晰方便。

2 現(xiàn)場應用驗證

（1）實例一。2013年10月17日，國內(nèi)某成品油管道的支線管道（管徑355 mm，壁厚5.6 mm，管體彈性模量15萬MPa，管輸原油密度842 kg/m3）開始進行水聯(lián)運及投油運行，18日17:00-21:00進行高壓測試，到19日9:00壓力不再有明顯變化，穩(wěn)壓情況很好。19日14:15首站啟泵開始向管道注油，計量站壓力升至1.5 MPa停輸，壓力平衡后關閉1#～5#閥室，20日1:30開始對全線進行穩(wěn)壓測試，此時油頭距3#閥室約3～4 km。停輸后，1#閥室進站壓力出現(xiàn)下降，截止到10月24日17:00，1#閥室上游壓力已從停輸時的1.48 MPa下降到0.31 MPa，累計下降了1.17 MPa，在此期間油品平均溫度從26℃降低到24.8℃。

根據(jù)推導的輸油管道停輸穩(wěn)壓泄漏判定模型，利用軟件計算10月24日17:00時的壓力值，計算結果為0.39MPa，與現(xiàn)場壓力數(shù)據(jù)非常接近，因此可判斷現(xiàn)場壓降是溫度引起的正常壓降，而并非管道發(fā)生泄漏。

（2）實例二。2014年4月16日，國內(nèi)某原油管道（管徑508 mm，壁厚7 mm，管體彈性模量21萬 MPa，管輸原油密度843 kg/m3） 計劃停輸。停輸前該段管道采取保壓措施，壓力升高并穩(wěn)定在5.27 MPa左右。16日8:00開始停輸，停輸后上游壓力出現(xiàn)下降，截止到17日16:30，上游壓力已從停輸時的5.27MPa下降至1.0MPa左右，累計下降4.27 MPa，油品平均溫度也從38℃降低至35.4℃左右。

根據(jù)輸油管道停輸穩(wěn)壓泄漏判定模型進行計算可得到，若無泄漏，那么僅由溫度降低導致的壓力下降預計值應該在3 MPa左右，而不是4.27 MPa，因此初步判斷該段管道存在泄漏點。后來通過與生產(chǎn)管理部門溝通協(xié)調(diào)，確定了管道存在泄漏的位置。

3 結束語

采用本文提出的上述計算方法和編制的軟件，可根據(jù)輸油管道停輸后的溫度、壓力變化，預測管道是否發(fā)生泄漏，以及無泄漏時溫度穩(wěn)定后管道壓力變化的預期值，實踐表明，預測結果準確、可靠，符合實際情況。

[1]王立坤.原油管道泄漏檢測若干關鍵技術研究[D].天津：天津大學，2003.

[2]夏海波，張來斌，王朝輝.國內(nèi)外油氣管道泄漏檢測技術的發(fā)展現(xiàn)狀[J].油氣儲運，2001，20（1）：1-5.

[3]稅愛社，周邵騎，李生林，等.長輸管道泄漏診斷專家系統(tǒng)的開發(fā)[J].油氣儲運，2002，21（4）：1-3.

[4]蔣仕章，蒲家寧.石油天然氣長輸管道泄漏檢測及定位方法[J].油氣儲運，2000，19（3）：50-52.

[5]楊筱蘅，張國忠.輸油管道設計與管理[M].東營：石油大學出版社，1996.

[6]黃維和.油氣管道輸送技術[M].北京：石油工業(yè)出版社，2012.

[7]羅塘湖.含蠟原油流變特性及其管道輸送[M].北京：石油工業(yè)出版社，1991.

[8]閆鋒，閆紅霞，谷英翠，等.長輸管道嚴密性試壓穩(wěn)壓時間研究[J].石油工程建設，2011，37（6）：1-6.

[9]張宏，趙炳剛，陳三強，等.用壓力容積圖進行管道試壓方式研究[J].油氣儲運，1996，15（3）：42-44.

[10]潘永東，張洪元.溫度變化對鋼質(zhì)管道水壓試驗的影響[J].石油工程建設，2006，32（5）：10-13.

[11]王俊越，張瑋，里佐威.水體膨脹系數(shù)隨溫度變化的測定[J].物理實驗，1999，19（3）：6-19.

Determination ofleakage during shutdown ofoilpipeline

NIE Chaofei1，WANG Yubin1，YAN Feng1，DIAO Yu1，DING Yu2，LIANG Yunlong3
1.PetroChina Pipeline R&D Center，Langfang 065000，China
2.PetroChina Pipeline Company，Langfang 065000，China
3.PetroChina Shandong Petroleum Co.，Ltd.，Rizhao 276800，China

In order to monitor the leakage of the oil pipeline，there will generally remain a certain pressure in the oil pipeline during the shutdown period.When the pressure changes less，it is usually believed that there is no leakage；But if the pipeline pressure changes greatly，usually it is rather difficult to determine whether the pressure change is caused by the oil temperature decrease in the pipeline or by the oil leakage.According to the force-loading characteristics of the pipeline and the analysis of the pipeline volume and oil volume variation model，the judging method of leakage during the pipeline shutdown is built and the corresponding software is compiled.Then the specific leakage condition of the pipeline is analyzed. The practice shows that the leakage prediction is accurate and reliable.The judging method willprovide the technical support for pipeline operation management and decision-making.

oilpipeline；shutdown；leakage judgement；pipeline volume；oilvolume

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.006

聶超飛（1987-），男，河北石家莊人，工程師，2013年畢業(yè)于中國石油大學（北京）石油與天然氣工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事油氣儲運工藝和油氣管道系統(tǒng)工藝方向的研究工作。

2016-12-23

Email：neicf@petrochina.com.cn