输油管道停输过程泄漏判定

聂超飞，王玉彬，闫 锋，刁 宇，丁 雨，梁云龙

1.中国石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中国石油管道公司生产处，河北廊坊 065000

3.中石油山东输油有限公司，山东日照 276800

输油管道停输过程泄漏判定

聂超飞1，王玉彬1，闫 锋1，刁 宇1，丁 雨2，梁云龙3

1.中国石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中国石油管道公司生产处，河北廊坊 065000

3.中石油山东输油有限公司，山东日照 276800

为了监测管道的泄漏状况，输油管道停输期间一般都保持一定压力。当压力变化较小时，通常认为管道无泄漏；但如果管道压力变化较大时，则往往无法判定是由管内介质温度降低造成的，还是由管道泄漏所致。根据停输期间管道及介质的受力特点，在对管体容积和油品容积变化模型进行分析的基础上，建立了输油管道停输过程泄漏判定方法，并编制了相应的软件，而后结合具体实例对管道的泄漏状况进行了分析。实践表明，泄漏状况预测结果准确、可靠，符合实际情况。该方法可以满足工程需要，可为输油管道运行管理和决策提供技术支持。

输油管道；停输；泄漏判断；管体容积；油品容积

本文根据停输期间管道及介质的受力特点，在对管体容积和油品容积变化模型进行分析的基础上，建立了输油管道停输过程泄漏判定方法[1-7]。

1 模型分析

输油管道停输稳压过程中，温度和压力变化导致的管容变化可分为管体和油品两部分[8]。油品体积变化量减去管容体积变化量，即为油品泄漏量，当油品泄漏量为0时，即判定管道无泄漏。

1.1 管体容积的变化

对于管体容积的变化值，其受到管道压力和温度的影响[9]，即：

式中：Vp为管道容积，m3；P为管道压力，Pa；T为介质温度，℃。

管道容积变化值为：

根据管道受力状态，内压对管道容积变化量的影响可表达为：

式中：L为管道长度，m；ν为管材泊松比，无量纲；E为管材弹性模量，Pa；D为管道外径，m；δ为管道壁厚，m。

在管道严密性试压过程中，当介质温度发生变化时，管道的截面积与长度都将发生变化，并影响管道的容积。根据埋地管道受力状态，温度变化对管道容积变化量的影响可表达为[10]：

式中：n为管道体积膨胀影响系数，对于长输管道，n=2.2；V0为试压段初始管容，m3；α为管材线性膨胀系数，℃-1，α=1.2×10-5℃-1。

1.2 油品容积的变化

管道内原有油品体积的变化量主要受管道内压及试压介质温度的影响，可表达为：

油品在压强作用下有体积缩小的倾向，可表达为：

式中：Vw为油品体积，m3；βp为油品压缩系数，（MPa）-1。

βp可根据以下计算公式计算：

式中：ρ0为介质密度，kg/m3。

温度变化对油品体积的影响可表达为[11]：

式中：βW为油品体积膨胀系数，无量纲。

通过以上分析可知，当停输稳压管道的压力和温度发生变化时，如发生泄漏，则泄漏量为：

如未发生泄漏，则温度变化ΔT引起的压降为：

把上述推导的公式编制成相应的输油管道停输泄漏判定软件，使用该软件可使分析计算过程更加清晰方便。

2 现场应用验证

（1）实例一。2013年10月17日，国内某成品油管道的支线管道（管径355 mm，壁厚5.6 mm，管体弹性模量15万MPa，管输原油密度842 kg/m3）开始进行水联运及投油运行，18日17:00-21:00进行高压测试，到19日9:00压力不再有明显变化，稳压情况很好。19日14:15首站启泵开始向管道注油，计量站压力升至1.5 MPa停输，压力平衡后关闭1#～5#阀室，20日1:30开始对全线进行稳压测试，此时油头距3#阀室约3～4 km。停输后，1#阀室进站压力出现下降，截止到10月24日17:00，1#阀室上游压力已从停输时的1.48 MPa下降到0.31 MPa，累计下降了1.17 MPa，在此期间油品平均温度从26℃降低到24.8℃。

根据推导的输油管道停输稳压泄漏判定模型，利用软件计算10月24日17:00时的压力值，计算结果为0.39MPa，与现场压力数据非常接近，因此可判断现场压降是温度引起的正常压降，而并非管道发生泄漏。

（2）实例二。2014年4月16日，国内某原油管道（管径508 mm，壁厚7 mm，管体弹性模量21万 MPa，管输原油密度843 kg/m3） 计划停输。停输前该段管道采取保压措施，压力升高并稳定在5.27 MPa左右。16日8:00开始停输，停输后上游压力出现下降，截止到17日16:30，上游压力已从停输时的5.27MPa下降至1.0MPa左右，累计下降4.27 MPa，油品平均温度也从38℃降低至35.4℃左右。

根据输油管道停输稳压泄漏判定模型进行计算可得到，若无泄漏，那么仅由温度降低导致的压力下降预计值应该在3 MPa左右，而不是4.27 MPa，因此初步判断该段管道存在泄漏点。后来通过与生产管理部门沟通协调，确定了管道存在泄漏的位置。

3 结束语

采用本文提出的上述计算方法和编制的软件，可根据输油管道停输后的温度、压力变化，预测管道是否发生泄漏，以及无泄漏时温度稳定后管道压力变化的预期值，实践表明，预测结果准确、可靠，符合实际情况。

[1]王立坤.原油管道泄漏检测若干关键技术研究[D].天津：天津大学，2003.

[2]夏海波，张来斌，王朝辉.国内外油气管道泄漏检测技术的发展现状[J].油气储运，2001，20（1）：1-5.

[3]税爱社，周邵骑，李生林，等.长输管道泄漏诊断专家系统的开发[J].油气储运，2002，21（4）：1-3.

[4]蒋仕章，蒲家宁.石油天然气长输管道泄漏检测及定位方法[J].油气储运，2000，19（3）：50-52.

[5]杨筱蘅，张国忠.输油管道设计与管理[M].东营：石油大学出版社，1996.

[6]黄维和.油气管道输送技术[M].北京：石油工业出版社，2012.

[7]罗塘湖.含蜡原油流变特性及其管道输送[M].北京：石油工业出版社，1991.

[8]闫锋，闫红霞，谷英翠，等.长输管道严密性试压稳压时间研究[J].石油工程建设，2011，37（6）：1-6.

[9]张宏，赵炳刚，陈三强，等.用压力容积图进行管道试压方式研究[J].油气储运，1996，15（3）：42-44.

[10]潘永东，张洪元.温度变化对钢质管道水压试验的影响[J].石油工程建设，2006，32（5）：10-13.

[11]王俊越，张玮，里佐威.水体膨胀系数随温度变化的测定[J].物理实验，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

聂超飞（1987-），男，河北石家庄人，工程师，2013年毕业于中国石油大学（北京）石油与天然气工程专业，硕士，现主要从事油气储运工艺和油气管道系统工艺方向的研究工作。

2016-12-23

Email：neicf@petrochina.com.cn