輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用摘要：文章對(duì)國(guó)內(nèi)外輸油管道泄漏檢測(cè)方法進(jìn)行了分析，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(wèn)題，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)報(bào)警及泄漏點(diǎn)的精確定位，并介紹了勝利油田輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用情況。主題詞：輸油 管道 泄漏 監(jiān)測(cè) 防盜泄漏是輸油管道運(yùn)行的主要故障。特別是近年來(lái)，輸油管道被打孔盜油以及腐蝕穿孔造成泄漏事故屢有發(fā)生，嚴(yán)重干擾了正常生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，僅勝利油田每年經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)上千萬(wàn)元。因此，輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用成為油田亟待解決的問(wèn)題。先進(jìn)的管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可

2、以及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，迅速采取措施，從而大大減少盜油案件發(fā)生，減少漏油損失，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1 國(guó)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(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家立法要求管道必須采取有效的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。輸油管道檢漏方法主要有三類：生物方法、硬件方法和軟件方法。1.1 生物方法這是一種傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法，主要是用人或經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的動(dòng)物（狗）沿管線行走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，這種方法直接準(zhǔn)確，但實(shí)時(shí)性差，耗費(fèi)大量的人力。1.2 硬件方法主要有直觀檢測(cè)器、聲學(xué)檢測(cè)器、氣體檢測(cè)器、壓力檢測(cè)器等，直觀檢測(cè)器是利用溫度傳感器測(cè)定泄漏處的溫度變

3、化，如用沿管道鋪設(shè)的多傳感器電纜。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)發(fā)出聲音，聲波按照管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)決定的速度傳播，聲音檢測(cè)器檢測(cè)出這種波而發(fā)現(xiàn)泄漏。如美國(guó)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)（wavealert），由多組傳感器、譯碼器、無(wú)線發(fā)射器等組成，天線伸出地面和控制中心聯(lián)系，這種方法受檢測(cè)范圍的限制必須沿管道安裝很多聲音傳感器。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)。1.3 軟件方法它采用由SCADA系統(tǒng)提供的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)，通過(guò)流量或壓力變化、質(zhì)量或體積平衡、動(dòng)力模型和壓力點(diǎn)分析軟件的方法檢測(cè)泄漏。國(guó)外公司非常重視輸油

4、管道的安全運(yùn)行，管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)比較成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用。殼牌公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究開發(fā)生產(chǎn)出了一種商標(biāo)名稱為ATMOS Pine的新型管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，ATMOS Pine是基于統(tǒng)計(jì)分析原理而設(shè)計(jì)出來(lái)的，利用優(yōu)化序列分析法（序列概率比試驗(yàn)法）測(cè)定管道進(jìn)出口流量和壓力總體行為變化以檢測(cè)泄漏，同時(shí)兼有先進(jìn)的圖形識(shí)別功能。該系統(tǒng)能夠檢測(cè)出1.6kg/s的泄漏而不發(fā)生誤報(bào)警。目前國(guó)內(nèi)油田長(zhǎng)距離輸油管道大都沒(méi)有安裝泄漏自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，主要靠人工沿管線巡視，管線運(yùn)行數(shù)據(jù)靠人工讀取，這種情況對(duì)管道的安全運(yùn)行十分不利。我國(guó)長(zhǎng)距離輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究從九十年代開始已有相關(guān)報(bào)道，但只是近兩年才真正取得突破，

5、在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。清華大學(xué)自動(dòng)化系、天津大學(xué)精密儀器學(xué)院、北京大學(xué)、石油大學(xué)等都在這一方面做過(guò)研究。如：中洛線（中原洛陽(yáng)）濮陽(yáng)首站到滑縣段安裝了天津大學(xué)研制的管道運(yùn)行狀態(tài)及泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（壓力波法），東北管道局1993年應(yīng)用清華大學(xué)研制的檢漏系統(tǒng)（以負(fù)壓波法為主，結(jié)合壓力梯度法）進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。2 管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究通過(guò)對(duì)國(guó)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，勝利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(wèn)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)勝利油田采用的技術(shù)思路是：以壓力波（負(fù)壓

6、波）檢測(cè)法為主，和流量檢測(cè)法相結(jié)合。2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 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),用于數(shù)據(jù)采集及軟件處理。 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。擴(kuò)頻微波壓 力 監(jiān) 測(cè)溫 度 監(jiān) 測(cè)流 量 監(jiān) 測(cè)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)壓 力 監(jiān) 測(cè)溫 度 監(jiān) 測(cè)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)孤島首站輸油管道永安站管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 檢漏方法 2.2.1負(fù)壓波法 當(dāng)長(zhǎng)輸管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏處由于管道內(nèi)外的壓差，使泄漏處的壓力突降，泄漏處周圍的液體由于壓差的存在向泄漏處補(bǔ)充，在管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓波動(dòng)，這樣過(guò)程從泄漏點(diǎn)向上、下游傳播，并以指

7、數(shù)律衰減，逐漸歸于平靜，這種壓降波動(dòng)和正常壓力波動(dòng)大不一樣，具有幾乎垂直的前緣。管道兩端的壓力傳感器接收管道的瞬變壓力信息，而判斷泄漏的發(fā)生，通過(guò)測(cè)量泄漏時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)壓力波到達(dá)上游、下游兩端的時(shí)間差和管道內(nèi)的壓力波的傳播速度計(jì)算出泄漏點(diǎn)的位置。為了克服噪聲干擾，可采用小波變換或相關(guān)分析、基于隨機(jī)變量之間差異程度的kullback信息測(cè)度檢測(cè)等方法對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行處理。前蘇聯(lián)從20世紀(jì)70年代開始研究和使用自動(dòng)檢漏技術(shù)，負(fù)壓波檢漏系統(tǒng)的普及，使輸油管線泄漏事故減少88%。負(fù)壓波的傳播規(guī)律跟管道內(nèi)的聲音、水擊波相同，其速度取決于管壁的彈性和液體的壓縮性。國(guó)內(nèi)曾經(jīng)實(shí)測(cè)過(guò)大慶原油管道在平均油溫44、密度

8、845kg/m3時(shí)的水擊波傳播速度為1029m/s。對(duì)于一般原油鋼質(zhì)管道，負(fù)壓波的速度約為10001200m/s，頻率范圍0.220kHz。負(fù)壓波法對(duì)于突發(fā)性泄漏比較敏感，能夠在3min內(nèi)檢測(cè)到，適合于監(jiān)視犯罪分子在管道上打孔盜油，但是對(duì)于緩慢增大的腐蝕滲漏不敏感。負(fù)壓波法具有較快的響應(yīng)速度和較高的定位精度。其定位公式為： 下 游 泵 站 L上游 泵 站 X x p1 p2 上下游分別設(shè)置壓力測(cè)點(diǎn)p1、p2，當(dāng)管線在X處發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波即以一定的速度向兩邊傳播，在t和t+0時(shí)刻被傳感器p1、p2檢測(cè)到，對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，式中為波速，L為p1、p2之間的距離未發(fā)生泄漏時(shí)，相關(guān)系

9、數(shù)（）維持在某一值附近；當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，（）將發(fā)生變化，而且當(dāng)0時(shí)，（）將達(dá)到最大值。理論上：解出定位公式如下： 式中：X 泄漏點(diǎn)距首端測(cè)壓點(diǎn)的距離 m L 管道全長(zhǎng)m a 壓力波在管道介質(zhì)中的傳播速度 m/s 上、下游壓力傳感器接收壓力波的時(shí)間差 s由以上公式可知要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位，必須精確的計(jì)算壓力波在管道介質(zhì)中的傳播速度a和上、下游壓力傳感器接收壓力波的時(shí)間差 壓力波在管道介質(zhì)中傳播速度的確定壓力波在管道內(nèi)傳播的速度決定于液體的彈性、液體的密度和管材的彈性：式中 管內(nèi)壓力波的傳播速度，m/s； K液體的體積彈性系數(shù)，Pa； 液體的密度，kg/m；E管材的彈性，Pa；D管道的直徑，m；e管壁厚

10、度，m；C與管道約束條件有關(guān)的修正系數(shù)；式中彈性系數(shù)K和密度隨原油的溫度變化而變化，因此，必須考慮溫度對(duì)負(fù)壓波波速的影響，對(duì)負(fù)壓波波速進(jìn)行溫度修正。在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)，可以比較準(zhǔn)確的確定負(fù)壓波的波速。 壓力波時(shí)間差的確定要確定壓力波時(shí)間差，必須捕捉到兩端壓力波下降的拐點(diǎn)，采用有效的信號(hào)處理方法是必須的，如：Kullback信息測(cè)度法、相關(guān)分析法和小波變換法。 模式識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用正常的泵、閥、倒罐作業(yè)等各種操作也會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓波。為了排除這些負(fù)壓波干擾，在系統(tǒng)中采用了先進(jìn)的模式識(shí)別技術(shù)，依據(jù)泄漏波與生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的負(fù)壓波波形等特征的差別,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)模擬試驗(yàn), 提高了系統(tǒng)報(bào)警準(zhǔn)確率,

11、減少了系統(tǒng)誤報(bào)警。2.2.2流量檢測(cè)管道在正常運(yùn)行狀態(tài)下，管道輸入和輸出流量應(yīng)該相等，泄漏發(fā)生時(shí)必然產(chǎn)生流量差，上游泵站的流量增大，下游泵站的流量減少。但是由于管道本身的彈性及流體性質(zhì)變化等多種因素影響，首末兩端的流量變化有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，所以，這種方法精度不高，也不能確定泄漏點(diǎn)的位置。德國(guó)的阿爾卑斯管道公司（TAL）原油管道上安裝使用了該系統(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)管道溫度、壓力變化，計(jì)算出管道內(nèi)總量，一旦出現(xiàn)不平衡，就說(shuō)明出現(xiàn)泄漏。日本在石油管道事業(yè)法中也規(guī)定使用這種檢漏系統(tǒng)，并且規(guī)定在30s中檢測(cè)到泄漏量在80L以上時(shí)報(bào)警。流量差法不夠靈敏，但是可靠性較高，它跟壓力

12、波結(jié)合使用，可以大大減少誤報(bào)警。3 應(yīng)用效果與推廣情況經(jīng)過(guò)勝利油田組織的專家驗(yàn)收和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，系統(tǒng)達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)：最小泄漏量監(jiān)測(cè)靈敏度：?jiǎn)挝粫r(shí)間總輸量的0.7；報(bào)警點(diǎn)定位誤差：被測(cè)管長(zhǎng)的2；報(bào)警反應(yīng)時(shí)間：200秒。勝利油田輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)整體水平在國(guó)內(nèi)居于領(lǐng)先地位，應(yīng)用效果和推廣規(guī)模都是較好的，目前勝利油田油氣集輸公司輸油管道上已經(jīng)推廣應(yīng)用檢漏系統(tǒng)，取得了明顯的效益，多次抓獲盜油破壞分子，有力地打擊了盜油犯罪，為油田每年減少經(jīng)濟(jì)損失1000多萬(wàn)元，為管道的安全運(yùn)行提供了保證。結(jié)論4.1 采用負(fù)壓波與流量相結(jié)合的方法監(jiān)測(cè)輸油管道的泄漏是有效的、可靠的；4.2 依靠油田局域網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能夠提高泄漏監(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)報(bào)警與定位；4.3 在油田輸油管道安裝管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠確保管道安全運(yùn)行,明顯減少管道盜油事故的發(fā)生,具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)1、管線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與泄漏診斷 化工自動(dòng)化與儀表 王桂增等2、原油管道泄漏檢測(cè)與定位 儀器儀表學(xué)報(bào) 靳世久等3、Designing a cost-effective and reliable pipeline leak-detection system Dr JunZhang Pipes & Pipelines Inte