γ射线透射法测量输油管道油垢厚度的Monte-Carlo模拟

论文摘要

油田内部以及对外输送原油大量采用管道输运,但原油的含蜡量一般较高,在原油的输送过程中会在管道内壁上形成油垢,而且越积越厚,会使管道因结垢而堵塞,影响输油能力,严重时会产生阻塞现象。输油管道内结垢速度与原油成分,环境,温度等多种因素有关,一般很难预测输油管道被堵塞的位置和时间。由于很难预测何时何地的管道会被堵塞,用破坏法来观察管道的结垢情况是不现实的。因此需用一种简单、经济的检测方法,在管道外部检测油垢厚度,以便及时采取措施清除油垢。输油管道外通常有保温层,所以超声法,微波法均难以使用。由于γ射线可以透过输油管道,保温层和管内油垢层,因此,用γ射线透射法检测输油管油垢厚度,是一种行之有效的无损检测的方法。新疆大学王世亨教授和南京大学刘圣康教授等做了有关用γ射线透射法对不同厚度的输油管道油垢进行的衰减试验。测量了无保温层和有保温层的不同厚度油垢的响应曲线[1][7]。有关实验结果作为本研究的重要参考依据。本论文在以上背景下选题,对γ射线透射法检测输油管油垢厚度的相关实验进行了蒙特卡罗方法（M-C）的直接模拟计算,并与试验结果进行了比较。模拟计算结果与实验结果符合得较好,得到了γ射线穿透率与管道中油垢厚度的响应关系。为生产中无损检测输油管道内油垢厚度,以及检测仪的研制提供了重要参考依据。论文还采用M-C“加权法”对γ射线透射法实验进行了模拟,并与M-C直接模拟的结果进行了比较,结果表明加权法有效地降低了方差,提高了计算精度。论文还探讨了“统计估计法”更多地利用光子的运动历程、“半解析法”把随机抽样与解析处理相结合,是进一步降低方差、提高计算效率的手段。研究工作采用Fortran语言,针对γ射线透射法的物理、概率模型设计了模拟计算程序。选取合适的参数,反复调试运行,最终得到了合理的计算结果。M-C模拟与透射实验结合可以大大减少人力物力等损耗,方便快捷地得到输油管道油垢厚度的堵塞情况。但研究成本更为低廉,充分显示了计算机模拟在项目研究中更灵活、高效、经济的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 γ射线透射法检测输油管油垢厚度的研究内容及其现实意义
• 1.1 γ射线透射法检测输油管油垢厚度的物理原理和可行性
• 1.2 γ射线透射法检测输油管油垢厚度的研究方法及内容
• 1.3 γ射线透射法检测输油管油垢厚度的结论及意义
• 1.4 采用蒙特卡罗方法模拟γ射线透射法检测输油管的现实意义
• 第二章 蒙特卡罗方法（M-C）
• 2.1 蒙特卡罗方法概述
• 2.2 蒙特卡罗方法的步骤及其特点和应用
• 2.3 蒙特卡罗方法的随机数及抽样
• 2.4 本研究随机数的产生及检验
• 第三章 用M-C 直接法对γ射线穿透输油管道的模拟
• 3.1 随机过程的 M-C 模拟
• 3.2 γ射线透射实验的直接模拟过程
• 3.3 直接模拟的结果
• 第四章 用M-C 加权法对γ射线穿透输油管道的模拟
• 4.1 M-C 加权法概述
• 4.2 M-C 加权法的计算过程及结果
• 4.3 M-C 加权法与直接模拟法的比较与结论
• 第五章 M-C 对γ射线穿透输油管道模拟的进一步讨论
• 5.1 引言
• 5.2 加权法的表述
• 5.3 统计估计法的改进
• 5.4 半解析法的进一步改进
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表和完成的研究论文
• 致谢