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负压法输油管线法兰式液位变送器测量误差分析及处理

作时间:2019-09-03  来源:  作者:
   
摘要:输油管线的法兰式液位变送器应用多年,但经常遇到法兰式液位变送器测得的漏失距离和现场实际距离时而误差很小,时而又 误差很大的问题。 研究造成这种误差起伏不定的原因,寻根溯源,从法兰式液位变送器的内置公式中找出影响它的主要因素,并引出 其他次要因素,根据不同情况,对法兰式液位变送器的内置公式进行修正,使得法兰式液位变送器测得距离和实际距离相差在百米之内,从而找 出提高输油管线负压法法兰式液位变送器符合率的方法。
 
一、引言
输油管线在使用过程中由于管线腐蚀、人为偷盗破坏、自然灾害等,都可能造成泄漏,不但给国家造成经济损失,泄漏的原油还会造成环境污染。输油管线漏失监测系统是实时监测输油管线漏失的报警装置,可及时发现管线的漏失情况。目前现场以负压法输油管线法兰式液位变送器为主,但输油管线负压法法兰式液位变送器其稳定性还存在不足,在实际工作中,管线发生漏失距离与法兰式液位变送器测得漏失距离的不符合率偏高。它不仅增大了员工寻找漏点的劳动强度,同时还不利于上、中、下游基层站的计量交接管理。为了解决符合率较低的问题,作者通过深入上、中、下游的计量站调查,对上百千米的输油管线徒步距离核实,并结合GPS定位的现场勘查,解剖不符合率偏高原因,在输油管线负压法法兰式液位变送器使用、调试、维修过程中积累了一定的经验。
 
二、输油管线负压法监测漏失的工作原理
输油管线用负压法监测漏失是根据管线中输送单一介质时,负压力波传播速度是恒定的原理。监测负压波的原理如图1所示,在输油管线两端各安装一个压力传感器,一旦管线有漏失,会在漏失点同时形成一个负压力波,此负压力波同时向首站、末站以相反方向、相同速度传播,首站、末站分别接到此负压力波时,造成各自的压力、温度、排量发生变化,通过监测漏失点负压波到达首、末站的时间,代入负压法法兰式液位变送器计算机内置管线漏点距离公式即可测得漏点距首站距离。
 
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法兰式液位变送器的内置公式是在输送纯原油状态下的理想化公式,且在出站压力、出站温度相对稳定的条件下运行 程序的,但现场实际情况要受到许多因素的影响。
 
三、泄漏监测结果误差影响因素溯源及关注点
1.漏失距离测量误差的影响因素。
(1)集输油水混合液的影响。集输油水混合液即集输管线中液体不仅有油,还有游离水及乳化水,管线中的液体非单一性,会造成压力传动波的速度发生变化。现场中测定纯原油的压力传播速度为1080米/秒,而水的负压力波传播速度为1260米/秒,当二者不同比例混合时,其压力传播速度在二者传播速度之间。根据实验,在某输油管线输送油水混合液,负压法监测计算机测得漏失的平均距离为9.86km,对照实际距离却是12.66km,二者之间差2.8km,误差高达28.4%。原因是在输油管线法兰式液位变送器中,设定的负压力波传播速度为固有的定值,这和实际的负压力波传播速度有所差异,这是造成输油管线监测漏失距离误差的主要因素之一。
(2)逆流、顺流对负压力波传播速度的影响。从图2可以看到,漏失点对负压力波传播,传到首站是逆流而上,而传到末站是顺流而下,管线中原油的负压力波在逆流而上时有阻尼现象,这样造成原负压力波的速度有所减弱:v-v0(其中v0为管线中原油的流速);而顺流而下管线中原油的负压力波在管线流速中呈现了增速:v+v0,这样原来的公式就不适应于实际情况,管线中原油的流速越快,造成的误差也就越大。
修正的漏失计算公式推导:
S=S1+S2
 
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图2逆流、顺流对负压力波传播速度的影响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)其他影响负压力波传播的因素。原油品质的影响。油品比较差的原油,如蜡质、胶质、沥青质高的原油,对应的负压力波传播速度是偏低的。其原因是介质中的蜡质、胶质、沥青质有微结晶现象,对负压力波形成阻尼作用。
油水混合物中矿化度高的水在管线中流动,也是影响负压力波传播速度的原因之一,如海水在管线中负压力波传播速度为1396米/秒,矿化度越高,传播的速度就越大。温度的影响,由原油流变相关理论可知,温度越低,原油中越易形成蜡晶核,蜡晶核对负压力波传播有阻尼作用。
2.现场情况影响误差的关注点。
(1)在原油集输管线中弯头的存在对原油负压力波传播有影响,一个90°的弯头,其流动阻力相当于10多米通径管线的流动阻力,对60°、135°弯头的流动阻力,可折算相应距离。为了便于施工,管线维修时进行“搭桥”的管线,要在理论计算上折合成管线距离,一次施工采用“搭桥”就意味一个搭桥增加了多个弯头,如图3~图5所示。
 
20190903090345.jpg
 
(2)输油管线在过河底穿越时,不仅有弯头增加距离而造成管线负压力波的传播距离的变化,而且在河底造成一段管线的温场发生的变化,管线温度局部降低造成管线负压力波传递速度非均一性。
(3)管线经过道路的露天跨越,同样也有上述情况的出现,管线增加弯头数量越多,而在停输后再启输,启泵的压力传到该处负压力波传播速度要受到影响。
(4)管线保温防腐层对负压力波传播影响,其保温防腐层质量好,则形成管线温场效果就好,反之管线中温场就差;输油管线中原油温度的变化,对原油输送负压力波的传播也有一定影响。
(5)在现场实验中,管路不可避免混合了少量空气及溶解气,这就势必改变管线介质的弹性模量,从而降低管线系统负压力波传播速度。另外管线本身不是刚性,而是弹性,当流体受到压缩时,管线就会发生膨胀,这也影响了管线负压力波传递速度。故工作现场输送混合原油时,含水原油对管线介质传播速度以现场实测———在线测量为主。
 
四、针对检漏误差的影响因素所采取的相应措施
1.可把自动含水仪的测试结果和输油管线法兰式液位变送器联网,这样输油管线介质的含水变化可以不断地修正负压力波传播速度的变化,把输油流量计和管线法兰式液位变送器联网,得出输油管线混液流速,则逆流而上的负压力波传播速度为V混-V0,而顺流而下的负压力波传播速度为V混+V0,把这些因素纳入公式,进行计算机软件编程时,结合输油管线施工状况、停输原油后再启泵等情况,五个关注点就显示影响的重要性了,在工作中要酌情给予重视,并纳入法兰式液位变送器参数修正上。
2.尽量在管线中输送纯原油,如集输排量未达标,要恒定渗水,以确保原油含水的相对稳定,这样管线中负压力波传播速度就趋于稳定,避免了一条输油管线中有的管段含水高、有的管段含水低的现象,就能避免管线输送混合原油的负压力波在一管段中速度快,而在另一管段中速度慢的现象。
3.保持输油出口的相对恒温性,以避免温度的影响造成蜡晶核的产生,从而影响输油管线负压力波传播速度的变化。
4.排量在非特殊的情况下保持稳定,使得原油介质流速V0成为一个固定值,便于漏失测试仪的准确测试。
5.如有中转站可采取短时的跨站输油,在中转站内进行闸门开关模拟漏失试验,即可对参数进行修正,使其更接近实际情况
。6.如无中转站,可采取在输油管线的中部附近且交通便利的部位开孔装闸门模拟漏失试验,定期对参数进行修正,以获取非常佳负压力波传播速度。
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