中短距离地下管道长度测量方法的研究

2022-10-03

在油田地面建设施工中, 地下管道竣工后的测量结果直接影响到建设单位和施工单位的经济效益, 受到各方的重视, 实际测量时也容易对结果产生争议。在这里针对油田基本建设工程中中短距离 (12km以下) 地下集输管道的长度准确测量问题, 提出以下两种测量方法以供参考。

现有通用的测量方法是:由前后两人拉50或100米尺累计测量, 这种方法的测量偏差较大, 主要原因:

客观因素

长米尺的伸缩性比较大。假设50米尺伸长或缩短6厘米, 则10公里长管线, 偏差2*6=±12米。

再加上管线上的地面凹凸不平 (如下图) , 导致的偏差更大。

人的因素

与测量人员素质有关, 如长时间在崎岖不平的地面上行走, 疲劳导致测量不准等。

综上所述, 减少地下管道的系统测量误差, 需要寻求一种测量偏差小的测量方法。

本文提出的新测量方法按原理分有以下两种:

一、捶击振动测量方式

1. 原理

利用声音在不同介质中传播速度不同, 测量钢管长度。

如上图, 在钢管一侧用重锤敲击, 在另一侧使用声音振动检测仪器测量, 记录振动声音在钢管内与在钢管内空间传播时间的差值Δt, 然后通过下式计算:

设声音在一定气体中速度V气, 在一定钢铁中传播速度V铁, 声音在测量管线中的传播时间t, 则有

得管线长度L=V气V铁Δt/ (V铁-V气) 式 (1-1)

计算前, 用声速测量仪测出一定温度、压力下声音在同种管线材质中的传播速度V铁和在气体介质中速度V气, 一般V铁=5200米/秒, V气=340米/秒。

2. 选用测量仪器要求

时间测读精度:≤1ms (1ms=0.001s)

采样间隔:≤10μs

声幅测读范围≤0d B

一般的声波仪均能满足上述要求。

3. 测量过程如下:

首先在管线一端设置捶击铁, 在另一端将测量仪器探头吸附在管线上如图, 开启仪器。用力敲击捶击铁一次, 在测量仪器显示时域波形如下图:

经过Δt后, 冲击声在空气中传播到钢管末端, 图形如下:

根据图形, 算出Δt, 利用式 (1-1) 算出管线长度L。

为避免干扰, 此过程应重复多次, 综合取值, 使数据更加准确。

4. 注意事项:

(1) 如管线过长, 振动冲击声传到测试点就淹没在白噪声里, 需做相关性分析, 从白噪声中“捡”出信号, 为使信号可靠, 宜选择在外界噪声低的时候测试。

(2) 管线内气体不应流动;

(3) 对于800米以上管线, 声音在两种介质之间的Δt至少大于2秒, 因此不用考虑两者叠加导致声音仪器分辨不出来。

(4) 声音在气体中的传播速度易受气体压力、温度影响, 测量时应使气体的压力、温度恒定均匀, 计算时应采用相应压力、温度下的气体传播速度;

(5) 测量的管线中间有弯头、阀门时, 尤其是阀门材质同管线不一致时, 应考虑其影响。

二、利用压缩气体方式

原理:利用克拉泊龙方程计算

为保证公式成立, 测量用的气体采用脱水后的空气, 且管线内应干燥, 使得脱水后的气体可以视为理想气体。

1. 现场的物质准备

压风车一台 (附干燥装置) 、连接管线若干及阀门 (经过校验, 无泄露) 、经过校验的精密压力表和精密温度计、储气罐 (无泄露) , 已知固定容积压力容器。

2. 测量过程如下

试验方法:

如图, 设已知固定体积容器 (储气罐) 的容积为V, 管线长度为L管线, 体积为V管线=πr2管线L管线, 则按图示意连接好后, 试验的整个系统密闭良好。首先向管线内注入一定量体积、压力的脱水干燥后的空气, 然后关闭压风车同管线间的连通, 待管线内气体压力P0、温度T0, 稳定后, 记录数值, 然后缓慢打开容器同管线之间的连通, 容器与管线内气体压力、温度稳定后读数P终, T终, 然后按下式计算:

得出结果:管线长度L管线=P终V/πr2管线 (P0T终-P终T0)

如果已知固定容器可以采用与测量管线同等材质、直径的管线 (如下图) , 则能够去掉π、r的影响而使计算结果更精确:

管线长度:L管线=P终V/ (P0T终-P终T0)