基于优化理论的输油管道泄漏检测技术研究

作     者：华东阳 

作者单位：西安石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王寿喜

授予年度：2021年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：输油管道 优化理论 泄漏检测 管道参数校正 遗传算法 

摘      要：管道随着服役年限的增长,老化、腐蚀问题日益凸显,存在极大泄漏隐患;第三方破坏与打孔盗油事件的发生会严重影响油品正常输送;因此,开展输油管道泄漏检测技术研究,提高泄漏检测精度,对确保输油管道安全、稳定输送具有重大意义。本文结合反瞬态分析法思想,提出一种输油管道泄漏定位模型,为泄漏检测研究提供新思路。针对输油管道泄漏检测问题,本文开展基于优化理论的输油管道泄漏检测技术研究。首先,建立管道流体动力学模型,准确描述稳态工况下管道沿程压力、温度等参数分布特征。其次,分析输油管道发生泄漏时流动参数变化特征,结合反瞬态分析法思想,将泄漏定位问题转换为最优化问题,提出一种基于优化理论的输油管道泄漏定位模型,选用遗传算法求解模型;根据PNS软件提供的108组仿真实验数据确定压力与温度权重因子配比。管道泄漏时,泄漏定位模型计算结果为泄漏点位置;管道未泄漏时,定位模型计算结果趋于0或L（管道总长度）;基于该特点,提出一种管道泄漏工况判别方法;结合20次未降噪的室内环道（管长772m,内径36mm）实验数据（共4235组）验证该方法可行性。室内环道实验结果表明:该方法在泄漏发生3～9s后识别出泄漏工况,定位误差在1.92%～9.8%之间;数据噪声及管道参数不准确性对定位精度影响较大。针对泄漏定位精度受管道参数不准确性影响的问题,本文开展管道参数校正技术研究。首先,基于240组仿真实验数据,对比分析管长、内径、粗糙度与高程差偏差对仿真计算的影响程度,发现偏差程度相同的情况下,管长与内径不准确性对仿真计算的影响远大于粗糙度与高程差。其次,以管长与内径为研究对象,将管道参数校正问题转换为最优化问题,建立管道参数校正模型,选用遗传算法求解模型;最后,基于20次室内环道实验数据证明了参数校正模型准确性。基于上述研究成果,采用Python语言将基于优化理论的输油管道泄漏检测模型与参数校正模型程序化。该程序根据管道起、终点计量数据判别管道是否发生泄漏,当管道未发生泄漏时,校正管道参数;管道发生泄漏时,定位泄漏点。结合20次室内环道泄漏实验数据与CR输油管道（管长34.5km,内径204mm）3次降噪后的放油实验数据（共1496组）,证明程序可靠性。参数校正后,室内环道实验的泄漏定位误差为0.3%～7.5%;现场放油实验的泄漏定位误差由6.56%～8.86%降至0.64%～4.44%。