论文摘要
油气管道是石油和天然气输送的主要通道。由于种种原因,管道泄漏事故时有发生。为了保证管道的安全运行,减小管道泄漏造成的经济损失,以及对环境造成的严重污染,研究油气管道泄漏模型中泄漏位置和泄漏强度等重要参数的辨识,尤其是泄漏位置的确定,是油气储运工程与储运理论研究中较为热门的课题,也是油气储运生产中急需解决的实际问题。油气管道泄漏监测方法和技术的研究已有几十年的历史。以往的检测方法大体上分为两类：一类是直接法；另一类是间接法。常用的直接法有直接观察法、检漏电缆法、管内探测法、光缆检漏法等；间接检测法又称水力参数检测法,它包括水击波法、瞬态模型法、质量平衡方法和压力点分析法。已有的监测方法都各有其优和缺点及其适用范围。针对长距离输送管道而言,目前还没有一种既可靠且可行,又简单、通用的方法来解决其泄漏探测问题。因此,还有待进行更深入的理论研究,这正是本文研究的目的。本文在文献[1]的基础上,对一般(非试压阶段)泄漏模型进行了较详细的理论研究。本文首先从连续方程、运动方程、状态方程出发给出了描述油气管道运行的非线性偏微分方程组。采用工程许可的卡耳切夫线性化方法,将其简化成线性抛物型方程。根据管网生产运行阶段的特点,首次建立了描述油气管道运行阶段单点泄漏(含泄漏位置、泄漏强度函数)的偏微分方程泄漏模型。运用Laplace积分变换方法,得出了描述油气管道运行阶段单点泄漏(含泄漏位置、泄漏强度函数)的偏微分方程泄漏模型的解析解；其次根据油气管道运行阶段的运行特点,给出了确定泄漏位置、泄漏强度函数的几个补充条件,由此导出了确定泄漏位置、泄漏强度函数的数学表达式。在此基础上,应用“压缩映像原理”和Laplace变换像函数的相关性质证明了泄漏位置和泄漏强度函数存在唯一性定理。这为辨识油气管道运行阶段泄漏模型中泄漏位置、泄漏强度函数等参数奠定了理论基础,也为数值反演这些参数提供了技术保证。与此同时,还给出了一个新的描述油气管道运行阶段单点泄漏的数学模型,并证明了两种模型的等价性。由新的泄漏模型推出了管道内流体泄漏发生的几个必要条件,为进一步研究管道泄漏问题提供了简便条件。最后,根据油气管道运行阶段泄漏模型提供的泄漏位置、泄漏强度函数的数学表达式,构建了反演泄漏位置、泄漏强度函数的数值计算格式及条件。
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