輸油管線泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

1、輸油管線泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)研究胡炎興青海省格爾木市管道輸油處, 青海省格爾木 816000摘要：本文對(duì)國內(nèi)外輸油管道泄漏檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要分析，并對(duì)油田輸油管道防盜監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行了探討。針對(duì)油田輸油管道防盜監(jiān)測(cè)問題，分析指出了油田輸油管道防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是管道泄漏檢測(cè)預(yù)警及泄漏點(diǎn)的精點(diǎn)確位。在油田輸油管道安裝管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以確保管道安全運(yùn)行,減少管道盜油漏油事故的發(fā)生,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。中文分類號(hào)：TE832關(guān)鍵詞：防盜；泄漏；管線；輸油；監(jiān)測(cè)； The oil transportation pipeline leaks to monitor technology inve

2、stigation and discussionHU Yan xingOil Transmission Department of Golmud Pipeline in Qinghai Oilfield ,Golmud 816000,ChinaAbstract :The main body of a book the oil transportation pipeline having carried out brief analysis, and pair of oil fields on home and abroad oil transportation pipeline leakage

3、 detecting technology current situation guards against theft the method monitoring has carried out investigation and discussion. That the oil transportation pipeline guards against theft specifically for the oil field oil transportation pipeline guards against theft monitoring problem , analysis hav

4、ing pointed out an oil field monitoring the systematic key technology is that pipeline leakage detecting early warning and the essence divulging point count the true place. Pipeline leakage monitors system in oil field oil transportation piping erection being able to ensure that pipeline safety work

5、s, occurrence cutting down a pipeline stealing the glib oil leak accident, have obvious economic returns and social benefits.Keywords: Guard against theft; Leak; Pipeline; Oil transportation; Monitor;0引言隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展，數(shù)字信息化已經(jīng)成為長輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)中的一個(gè)重要組成部分。油氣管道是關(guān)系國家命脈的支柱產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，國家能源工業(yè)的組成部分，其管理水平也是衡量國家能源技術(shù)進(jìn)步與否的

6、一個(gè)重要標(biāo)志。油氣的泄漏是輸油管線運(yùn)行的主要故障。近些年來，輸油管線經(jīng)人為的打孔盜油及由于腐蝕穿孔而造成泄漏的事故屢屢發(fā)生，嚴(yán)重干擾了正常社會(huì)生產(chǎn)生活，社會(huì)秩序的紊亂及人民安全，并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大型油田每年由于管線泄露造成的經(jīng)濟(jì)損失可高達(dá)上千萬元。因此，對(duì)輸油管線防泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用成為油田迫在解決的問題。研制先進(jìn)的管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以切實(shí)及早的發(fā)現(xiàn)泄漏，并迅速采取措施，大大減少盜油案件發(fā)生，減少漏油造成的損失，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。11國內(nèi)外輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀輸油管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在國外得到了廣泛的應(yīng)用，美國等發(fā)達(dá)國家立法要求管道必須采取有效

7、的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。而在當(dāng)前情況下，有效的輸油管道檢漏方法主要有三類：原始方法、硬件方法和軟件方法。1.1原始方法 一種傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法。主要是用人或經(jīng)過訓(xùn)練的動(dòng)物沿經(jīng)管線行走來查看管道附件的異常情況、聞管道中釋放出的氣味、聽聲音等。這種方法可以做到直接準(zhǔn)確，但實(shí)時(shí)性差，且耗費(fèi)大量的人力。1.2硬件方法 對(duì)于硬件方法，主要是通過直觀檢測(cè)器、聲學(xué)檢測(cè)器、氣體檢測(cè)器、壓力檢測(cè)器等檢測(cè)。直觀檢測(cè)器利用了溫度傳感器測(cè)定泄漏處的溫度變化，如將多傳感器電纜鋪設(shè)在管線的附近周圍，通過溫度的變化得出采樣結(jié)果，通過對(duì)比歸納反饋得出新的信息，確知油氣泄露與否。聲學(xué)檢測(cè)器是當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，流體流出管道會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲音，利

8、用聲波，按照管道內(nèi)流體的物理屬性決定的速度傳播，通過聲音檢測(cè)器檢測(cè)出這種波而及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏。如WAVEALERT（美國休斯頓聲學(xué)系統(tǒng)公司【ASI】根據(jù)此原理研制的聲學(xué)檢漏系統(tǒng)），由多組傳感器、譯碼器、無線發(fā)射器等組成，天線伸出地表與控制中心聯(lián)系，這種方法的缺點(diǎn)是必須沿管道安裝很多聲音傳感器，受檢測(cè)范圍的限制。氣體檢測(cè)器則需使用便攜式氣體采樣器沿管道行走，對(duì)泄漏的氣體進(jìn)行檢測(cè)。安全系數(shù)高，但是卻浪費(fèi)了大量的人力。21.3軟件方法 SCADA的應(yīng)用： 利用SCADA系統(tǒng)提供的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)，通過流量或壓力變化、質(zhì)量以及體積平衡、動(dòng)力模型和壓力點(diǎn)分析軟件的方法檢測(cè)泄漏。今天的SCADA系統(tǒng)已超

9、過了單一“監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集”的概念，經(jīng)過SCADA系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和專用功能軟件的開發(fā)和應(yīng)用，使SCADA系統(tǒng)己從早、中期的數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、控制等功能發(fā)展到能滿足各公司生產(chǎn)、經(jīng)營管理及未來發(fā)展的需要，成為具備更多功能的系統(tǒng)。國外管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)比較成熟，公司非常重視輸油管道的安全運(yùn)行，泄露監(jiān)測(cè)技術(shù)并得到了廣泛的應(yīng)用。目前，國內(nèi)油田長距離輸油管道大都沒有安裝泄漏自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，主要靠原始的人工沿管線巡視，根據(jù)管線運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行人工讀取，這種情況運(yùn)行使得管道的安全運(yùn)行系數(shù)低于同等國外發(fā)展水平。我國長距離輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究從上世紀(jì)九十年代開始已有了相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，只是近幾年才取得真正突破，在生產(chǎn)中發(fā)揮

10、作用。天津大學(xué)通過技術(shù)協(xié)作共同研制成原油管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。采用負(fù)壓力波檢測(cè)法，設(shè)計(jì)并不斷完善了基于LabVIEW. 平臺(tái)的原油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。32管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究通過對(duì)國內(nèi)外各種管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的分析對(duì)比，結(jié)合油田輸油管道防盜監(jiān)測(cè)的特殊要求，油田油氣集輸公司等單位組織開展了廣泛深入的調(diào)查研究。防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵解決兩方面的問題：一是管道泄漏檢測(cè)的報(bào)警，二是泄漏點(diǎn)的精確定位。針對(duì)這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)而采用的技術(shù)思路是：以負(fù)壓波檢測(cè)法為主，和流量檢測(cè)法相結(jié)合。首先.負(fù)壓波檢測(cè)法2.1系統(tǒng)硬件總體方案1）、計(jì)算機(jī)系統(tǒng):在管道的上下游兩端各安裝了一套工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，如圖1中

11、的P1和P2，用于數(shù)據(jù)采集及軟件處理。圖1 一次儀表: 壓力變送器、溫度變送器、流量傳感器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng):兩套擴(kuò)頻微波設(shè)備，用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。示意圖如圖2所示。圖22）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在圖3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，壓力采樣是利用PCL818 HD的接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。PCL818-HD為16通道100kHz高增益DAS卡，具有16路單端或8路差分模擬量輸入，有100kHz 12位A/D轉(zhuǎn)換能力，附有1K FIFO，可對(duì)每個(gè)通道的增益進(jìn)行編程，可使用帶DMA的自動(dòng)通道/增益掃描。PCL818-HD具有一個(gè)用于讀取微弱信號(hào)的高增益(最高1000)可編程放大器。此卡提供了5個(gè)最常用的測(cè)量和控制功能，即12位A/D轉(zhuǎn)

12、換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。圖33）、壓力傳感器負(fù)壓波法泄漏檢測(cè)要求壓力傳感器具有非常高的分辨率以及靈敏度，并且具有很高的穩(wěn)定性可選用CYB15系列藍(lán)寶石高溫壓力變送器，它采用進(jìn)口高精度藍(lán)寶石壓力傳感器，并經(jīng)過特定的信號(hào)提取及剝離等專利技術(shù)進(jìn)行溫度及進(jìn)行線性化補(bǔ)償，產(chǎn)品具有溫度范圍廣、精確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、壓力范圍寬、耐磨、抗沖擊、防腐等顯著特點(diǎn)4）、數(shù)據(jù)傳輸通訊通訊采用無線網(wǎng)橋，計(jì)算機(jī)采用網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的無線網(wǎng)絡(luò)連接?；跀U(kuò)頻技術(shù)的計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)具有抗干擾能力強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)碼分多址、無須申請(qǐng)頻率資源、安全保密等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通訊的順利進(jìn)行。45）、網(wǎng)絡(luò)校

13、時(shí)與GPS校時(shí)GPS系統(tǒng)包括3大部分：空間部分（GPS衛(wèi)星星座）地面控制部分（地面監(jiān)控系統(tǒng)）和用戶設(shè)備部分（GPS信號(hào)接收機(jī)）。在運(yùn)用過程中，衛(wèi)星不斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維數(shù)據(jù)，通過采樣頻率與時(shí)間標(biāo)簽的換算，分別確定管道漏點(diǎn)上下游的泄露負(fù)壓波的速度，然后利用泄漏點(diǎn)上下游檢測(cè)到的泄露信號(hào)特征的時(shí)間標(biāo)簽差就可以對(duì)泄露的位置進(jìn)行判斷。5GPS時(shí)鐘校對(duì)模塊對(duì)泄露信號(hào)的識(shí)別、判斷信號(hào)是意外泄漏還是正常生產(chǎn)時(shí)站內(nèi)壓力調(diào)節(jié)時(shí)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)。首末端數(shù)據(jù)波形的起始時(shí)間對(duì)齊是最終判斷泄漏和定位的關(guān)鍵。由于計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的守時(shí)性較差，所以在分析比較了幾種現(xiàn)行的校時(shí)

14、手段后，利用美國GPS導(dǎo)航定位衛(wèi)星的守時(shí)功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)管線各端系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行校對(duì)。GPS上的原子鐘時(shí)間與世界協(xié)調(diào)時(shí)的誤差在1s內(nèi)，相比其他校時(shí)手段有了較大的優(yōu)勢(shì)。6）、系統(tǒng)安全及防爆在測(cè)量與自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)潛在的爆炸性環(huán)境，在實(shí)踐應(yīng)用中設(shè)計(jì)人員必須對(duì)系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備及其相關(guān)設(shè)備采取相應(yīng)的防爆措施，現(xiàn)場設(shè)備必須是本安設(shè)備如圖4所示。圖4從現(xiàn)場設(shè)備的儲(chǔ)能元件角度考慮，使處于危險(xiǎn)環(huán)境中的現(xiàn)場設(shè)備按防爆要求設(shè)計(jì)，對(duì)其中包含的電感和電容等儲(chǔ)能元件回路采取相應(yīng)的措施，并使其盡可能減少的同時(shí)，考慮回路元件的功耗及溫升問題，以保證該設(shè)備不論是正常工作還是事故狀態(tài)，均不會(huì)產(chǎn)生有火花和熱源引起的點(diǎn)燃爆炸。其

15、次，流量檢測(cè)法在管道正常運(yùn)行狀態(tài)下，管道輸入和輸出流量相等的，泄漏必然導(dǎo)致流量差，上游泵站的流量增大，下游泵站的流量則會(huì)減少。然而由于管道本身具有很強(qiáng)的彈性及流體性質(zhì)變化等多種因素影響，首末兩端的流量變化是有一個(gè)明顯過渡過程，因此，這種方法精度不高，也不能確定泄漏點(diǎn)的具體位置。德國的TAL（阿爾卑斯管道公司）原油管道安裝使用了該系統(tǒng)，將超聲波流量計(jì)，夾合在管道外進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)管道壓力溫度變化，計(jì)算出管道內(nèi)總量，一旦出現(xiàn)不平衡，就表明出現(xiàn)泄漏。日本在石油管道事業(yè)法中規(guī)定使用這種檢漏系統(tǒng)，且規(guī)定在30s中檢測(cè)到泄漏量在80L以上時(shí)報(bào)警。雖然流量差法不夠靈敏，但是可靠性很高，結(jié)合使用壓力波，可以

16、大大減小報(bào)警的失誤率。6三、結(jié)論1、采用流量與負(fù)壓波相結(jié)合監(jiān)測(cè)輸油管道泄漏的方法是可靠的、有效的；2、通過油田局域網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸可以提高泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的反應(yīng)速度，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)的泄漏監(jiān)測(cè)定位與報(bào)警；3、 在油田輸油管道安裝管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以確保管道安全運(yùn)行,減少管道盜油漏油事故的發(fā)生,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)1 胡志新,張桂蓮,何巨,張陵,周進(jìn)雄. 利用分布式光纖傳感技術(shù)檢測(cè)天然氣管道泄漏J傳感器技術(shù), 2003,(10) :48-50. 2 王俊武. 輸油管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)研究與開發(fā)J自動(dòng)化儀表, 2006,(S1) :101-103. 3 陳富強(qiáng),李霞. 光纖光柵分布式傳感系統(tǒng)及其輸氣管道泄漏檢測(cè)J自動(dòng)化與儀器儀表