油气输送管线冰堵定位检测技术的开发与应用.pdf

第32卷第3期当 代 化 工Vol.32 ,No.3 2003年9月Contemporary Chemical IndustrySeptember ,2003 石油炼制 油气输送管线冰堵 定位检测技术的开发与应用 Ξ 马秋宁, 蔡有军, 王学军 抚顺石化分公司,辽宁 抚顺113008 摘 要 冬季油气输送管线的冰堵时刻威胁着高寒地区石油化工装置的安全运行,带式传感 器动态应变定位检测技术的研制与开发解决了这一难题,它能迅速而准确地查找冰堵点,从而保证 炼化装置的冬季正常运行。 关 键 词 油气管线; 冰堵; 定位检测; 开发应用 中图分类号 TE 832.9 文献标识码 A 文章编号 1671 0460200303 0137 03 油气输送管线是我国能源工业的生命线,由 于北方冬季气温一般在- 15～- 30℃ 左右,在冰 冻期内,脱水不完全或含水含蜡质过高的油气在 输送过程中,部分水或蜡质会在油管线或气管线 内壁上凝聚,造成管内介质流动孔径变小,流动受 阻,能耗增加,严重时便会造成管道局部冰堵或灌 蜡,从而导致全线停输,若不能及时处理将会造成 巨大的经济损失。抚顺石化分公司有247 km的 成品油长输管线和110 km的厂际互供料管线,而 且抚顺公司位于我国北方,冰冻期达4个月之久。 为此,抚顺石化分公司与辽宁石油化工大学合作 研制开发出冰堵定位检测仪,及时找出冰堵位置、 及时处理,并在工作中得到了广泛的应用。 1 冰堵定位检测仪测定原理 成品油输送管线冬季出现结冰冻堵现象是世 界范围内所有非加热输送方式中一个普遍存在的 问题。几年来,对于管线冰堵位置检测技术主要 基于以下几种方法钻孔法、 敲击法、 理论数值分 析法、 超声波法、 应力应变测试法。冰堵定位检测 仪就是以应力应变为基本原理,利用电桥加减特 性,采用黄金分割对分原理定位,当油气管线某点 发生冻堵时,给管线加压,在加压过程中冰堵点前 后管内介质压力不同,致使冰堵点前后管道变形 程度也不同,通过传感器来捕捉冰堵点前后管道 的变形程度,从而判断冰堵点的位置。 1.1 基本数学模型 将管道系统简化成为一条水平管路,高液体 从A端流入,从B端流出,管道外径为D。设在 管道内部施加压力为P,管道壁厚为t,在管壁 上产生的环向应力为σθ,则 σθPD/2t 根据广义虎克定律可知道圆周方向的应变εC 为εCσθ /E E-管道弹性模量 此外,管道环向变形量 ΔLCπD ε CπD σ θ /EPπD 2 / 2 Et , 即 ΔLC ∝P 管道的环向变量与管道内压力成正比。 利用电桥的加减特性,由四组电阻相同的应 变片组成电阻应变计,将电阻应变计焊贴在很薄 Ξ 收稿日期 2003206215 修订日期 2003207202 作者简介马秋宁1953 - ,女,高级工程师,1982年毕业于抚顺石油学院,现任抚顺石化分公司安全总监、 质量安全环保处处长, 电话0413 - 2433383 ,E- mail maqn 的带式传感器的外表面,并将传感器以适当的方 式固定在管道被检部位,使其紧贴在管道外壁上。 检测过程中可以近似地认为管道外表面的应变能 够完全传递给带式传感器。 当管壁承受正压力由入口泵加载变形时应 变计的电阻值随其发生相应的变化。而应变仪显 示的测试结果恰恰间接地反映出管内压力与管外 壁微观变形的关系。 P∝ΔLC ∝ε 通过理论分析和实际检测结果分析可知,管 壁变形随冰堵程度的增加而下降直至为零,如图 1所示。 图1 冰堵管壁应力应变变化曲线 Fig.1 Strain curve of pipe wall by ice jam 1. 2 应变信号显示仪工作原理 定位检测仪根据元件承压变形原理研制,由 3个主要部分组成应变信号显示仪、 传感器和装 夹具。 应变信号显示仪的主要工作过程是传感器 信号采集,信号放大,A/ D转换,处理和显示过程, 如图2所示。 图2 冰堵定位检测仪工作过程框图 Fig. 2 Working course framework of the test instrument of ori2 enting ice jam 仪器的信号采集主要由装卡在管道上并紧贴 处表面的带式传感器完成,而传感器的主要元件 是由应变片组成的桥路构成,它将管外壁圆周方 向长度的变化量转换成电信号,然后经过放大器 放大,并由A/ D转换器转换成数字信号送到处理 器中进行处理,最后将处理结果在显示器中显示 出来。 2 操作步骤 检测装置主要是针对现场检测条件而研制, 使用充电式直流电源,重量轻便于野外现场作业, 其现场使用情况如图3所示。 图3 检测仪现场检测工作状态 Fig. 3 Work state of local test by the test instrument 1 -输油管; 2 -保温管; 3 -卡具; 4 -传感器; 5 -显示仪 该套检测装置结构简单,易于掌握和操作,主 要操作过程如下。 确定测点 → 去掉保温层 → 粗略清理被检表面 → 将带 式传感卡装在检测部位 → 紧固 → 检测系统预调平衡 → 管 线入口加压 → 观察分析应变仪号 → 判定测点前段是否存 在冰堵 → 卸下检测装置。 若测点前后出现冰堵,则按优选法或对分 法二次确定测点,再按上述过程进行。 3 信号识别 鉴于带式传感器动态应变法检测冰堵的基本 原理,显示器中表示的信号就是管线被检测部位 在介质压力作用下产生周向应变的情况。如图4 所示。 图4 现场检测示意图 Fig.4 Sketch map of local test 按物流流向所示,A点是冰堵前点,因此测量 A点时,压力增高,在介质压力作用下,管壁金属 产生弹性变形,出现周向应变,经过信号处理,由 显示屏显示出来。B点是冰堵后点,测量B点时, 831 当 代 化 工 第32卷第3期 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 由于冰堵的作用,管内介质进入不到冰堵另一侧, 或介质流量很小,所以B点处金属没有产生变形 或变形甚微,因此显示仪也无变化或变化很小。 根据这种现象,就可以判断冰堵在A、B点之间, 经过几个测点后,便可以检测出冰堵点的位置。 4 应变-冰堵实测曲线分析 从检测技术的测试原理可知,当管壁承受正 压力时在管壁上产生相应的弹性变形。 P∝ΔLC ∝ε 检测结果表明管壁应变受冰堵状态的影响, 冰堵管段内形成的冰堵的程序是不同的微堵、 半 堵和全堵,其冰块形状依次为月牙状、 环状、 半圆 柱状和圆柱状。它们对管壁变形产生的影响规律 如图5所示。 图5 不同冰堵程度对管外壁应变量的影响 Fig.5 Influence of different extent of ice jam on strain of pipe ek2 texine 根据图5可以判断管线中冰堵的程度及形 状,以便及时采取正确措施。一般情况下,消除前 三种半堵状态可以采用加大流速,提高介质温度 的途径,而最后一种柱状冰块的全冰堵状态,则必 须采用外界人工融冰的方法来解决冰堵。 5 应用效果及评价 2003年1月16日对抚顺石化分公司长距离 输送瓦斯管线进行了冰堵位置定位检测,2003年 1月18日又对长距离输送氢气管线进行了冰堵 位置定位检测。两次试验证明了检测技术和所研 制仪器均达到了设计要求,现场定位检测试验也 都取得了满意的结果。 试验结果如下表1。 表1 冰堵定位检测仪现场试验结果 Table 1 Local test results of the test instrument of orienting ice jam 检测管线27km瓦斯气管线12km氢气管线冰堵 时 间2003.01.162003.01.18 地 点管线现场管线现场 管线规格Φ3258mmΦ1083mm 材 质1010 全 长27km13.4km 工作压力0.6MPa1.7MPa 保温方式裸 管裸 管 架设形式距地面2m高的管架上距地面1.8m高的管架上 输送介质瓦斯气氢 气 管线状态 由于瓦斯带水、 带液,局部 冰堵,造成瓦斯输不过去 气体带液,局部冰 堵,氢气无法输送 定位检测结果 J62 - 5至J62 - 34 之间,其后还有程 度不同的轻度冰堵 Z13 - 17至Z12 - 10 段严重冰堵,沿线 有局部 轻度冰堵 从以上试验结果,可初步得出以下结论 1该无损应变检测方法是确定冰堵位置的 最佳方法之一,通过采用信息网同步通讯技术,能 够协调几十甚至上百公里以外的管线首末段同时 进行工作和测量,多台同时使用效果更佳。 2本技术利用黄金分割法对分原理,第一 测点就能分析出全线一半长度内的冰堵状态,在 进行检测时,还要考虑管线的走向、 地势、 水平高 度和向光性等因素。 3管内输送介质为液态时,加压过程稳定 迅速,所测得应变信号稳定,线性关系明了,判断 简单准确。 4管内输送介质为气体时,升降压过程缓 慢。由于管内大量积液和管内结冰形状影响,所 测得的应变信号变化趋向与升降压过程一致,但 在局部阶段,管壁变形情况并不十分稳定。所以 需要结合现场实际情况进行判断。 5由于形变片受温度的影响会降低仪器的 检测灵敏度,为此必须采取温度补偿的方式减低 温差对检测精度的影响。 参 考 文 献 [1] 曾得礼,等.高寒地区成品油管道冰堵点判断与预防 措施[J ]油气储运, 1988 ,176 32 [2] 邹玉民,等.浅谈管线冻堵得抢修措施[J ].油气储 运, 1990 ,92 56 [3] 王为民,等.地上不保温成品油管道冰堵得实验研究 [J ].油气储运,1993 ,125 21 [4] 潘大吉,任大成 译.实用气焊与气割技术[M].哈尔 滨黑龙江科学技术出版社,1984下转第168页 9312003年9月 马秋宁等油气输送管线冰堵定位检测技术的开发与应用 w w w . b z f x w . c o m 难。若矿石为易粉化或泥土含量高的,通风性能 不良,也不利于浸出。此类矿石应先筛出泥土。 已粉碎矿粒应设计成浅薄堆层。 含有生物菌、 营养成分的酸性浸出液从床层 顶部均匀淋下,从底部流出,达到一定铜含量,分 离铜后循环利用。 生物菌浸铜的效果与生物菌的数量、 分布有 密切关系。若能充分地满足生物菌的生存条件, 它呈几何级数迅速增加个体数量,浸出效果就好; 反之,则失去活性。细菌的分布与空气及营养液 的分布有关,与床层密度分布有关。干床部分自 然无菌生存。一般浸出周期较长,长达数月甚至 1年,且浸出率较低。 5 我国生物菌浸铜现状及展望 我国已开始生物菌浸铜的研究及工业试验, 但其规模和产量与世界先进水平差距很大。 江西德兴铜矿在1985 - 1986年进行1 000 t 级细菌浸出试验。湖北、 云南、 四川、 内蒙古等地 都在进行生物菌浸取试验或研究。 我国属贫铜国家。对低品位铜矿、 难选的混 合矿、 含铜极低的废矿的利用是开发铜资源的方 向。生物菌浸铜具有投资低、 无污染、 操作简单、 运行成本低等优点,筛选适合我国国情的生物菌 种,大力发展生物菌浸铜技术具有广阔的前景。 参 考 文 献 [1] Colmer.A R and Hinkel M E. 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The variety of bacteria , the leaching mecha2 nism, the temperature condition of bioleaching , the structure of leaching bed , the grainsize of mineral and the mode of oxygen supplying etc ,are introduced.And the producing and scale of copper bioleaching in America , Chile and Australia , are emphasized. The situation of copper bioleaching in our country is introduced at the same time. The spareness of copper in our country determines that the utilizationof poor grade and diyyionlt dressingore are the directionfor exploiting copper resource , so the copper bioleaching process possesses broad application prospeat. Key words Copper Hydrometallurgical Process; Thiobacillus ferrooxidan; Bioleaching; Heap and dump leaching 上接第139页 Development and Application of The Orientation Test Technique of Ice Jam of Pipes for Transporting Oil and G as MA Qiu2ning , CAI You2jun , WANG Xue2jun Abstract Ice jam of pipes for transporting oil and gas in winter threatens momently the safety running of petrochemical units in cold area. Preparation and development of the dynamic orientation test technique using strip transducer solves the problem. It can find the ice jam point promptly and accurately to guarantee the normal running of the petrochemical units in winter. Key words Pipes of oil and gas; Ice jam; Orientation test ; Development and application 861 当 代 化 工 第32卷第3期 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载