輸油管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)升級改造

李銀凱 石剛 李劍 中原油田油氣儲運管理處

輸油管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)升級改造

李銀凱 石剛 李劍 中原油田油氣儲運管理處

泄漏檢測及定位系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是解決以下兩個方面的問題：一是泄漏檢測報警；二是精確定位。流量輸差法在泄漏檢測方面，負(fù)壓波法在泄漏定位方面分別具有獨特優(yōu)勢。因此，采用由SCADA系統(tǒng)采集的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，通過輸差檢漏法和負(fù)壓波法的耦合分析，可實現(xiàn)對原油管道泄漏及時發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確定位。系統(tǒng)升級改造投運以來，報警準(zhǔn)確度都在95%以上，定位準(zhǔn)確率達到了85%以上；對于流速大于0.18 L/s以上的漏點能夠及時報警，對于流速大于0.55 L/s以上的漏點能夠及時報警并準(zhǔn)確定位，達到了預(yù)期目標(biāo)。

管道；泄漏；檢測；定位；升級

輸油管道泄漏檢測及定位系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是解決以下兩個方面的問題：一是泄漏檢測報警；二是精確定位。流量輸差法在泄漏檢測方面，負(fù)壓波法在泄漏定位方面分別具有獨特優(yōu)勢。因此，該系統(tǒng)采用由SCADA系統(tǒng)采集的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，通過輸差檢漏法和負(fù)壓波法的耦合分析，從而實現(xiàn)對原油管道泄漏及時發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確定位。

1 系統(tǒng)存在的不足

1.1 硬件方面

（1）一次儀表問題。系統(tǒng)選用的一次儀表準(zhǔn)確度都較低，如現(xiàn)場流量信號采集使用的是200脈沖/轉(zhuǎn)的普通發(fā)訊器，導(dǎo)致系統(tǒng)泄漏報警靈敏性以及定位準(zhǔn)確性降低。

（2）GPS時鐘定位故障。由于下位機對于衛(wèi)星定位要求較高，在系統(tǒng)運行過程中，時常出現(xiàn)衛(wèi)星信號較差，下位機GPS接收不到無法定位，系統(tǒng)無法運行而不斷重啟的問題。

（3）下位機參數(shù)調(diào)整較為繁瑣。系統(tǒng)下位機采用DOS系統(tǒng)，當(dāng)儀表參數(shù)發(fā)生變化時，需要專業(yè)人員進入DOS系統(tǒng)進行調(diào)試，操作繁瑣。

（4）下位機散熱環(huán)境差。由于系統(tǒng)下位機是24 h不間斷運行，而且設(shè)備所處環(huán)境比較封閉，散熱不好，導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短，老化嚴(yán)重，時常出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不到的故障。

1.2 軟件方面

（1）工況對系統(tǒng)影響較大。系統(tǒng)采用負(fù)壓波法進行泄漏定位，無法回避下面兩個問題：一是在壓力波動較大的輸油管線或在輸送壓力較小的管線中，由于泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波很小，負(fù)壓波傳遞到探測器后能量已經(jīng)很低，經(jīng)常會被壓力波動所淹沒而分辨不清或不能分辨，導(dǎo)致系統(tǒng)誤報或不報的情況較多；二是正常的泵、閥、倒罐操作也會產(chǎn)生負(fù)壓波，干擾并影響系統(tǒng)泄漏報警準(zhǔn)確率，增大誤報率。

（2）流量檢測問題。管道在正常運行狀態(tài)下，管道輸入和輸出量應(yīng)該相等，泄漏發(fā)生時必定產(chǎn)生輸差。但實際上，首末站瞬時流量是不平衡的，影響這一不平衡的因素來自多個方面：如由于管道本身彈性及原油物性變化等多種因素影響，首末兩站流量變化有一個過渡過程；再如，由于溫度對液體體積的影響，首末兩站的溫差會導(dǎo)致兩端流量出現(xiàn)較大的差別等。

（3）數(shù)據(jù)庫問題。原來的數(shù)據(jù)庫存在一定的缺陷：一是CPU占用率過高，數(shù)據(jù)庫運行一段時間后，因為有大量的數(shù)據(jù)要頻繁讀取和調(diào)用后臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)致軟件系統(tǒng)運行變慢或無法繼續(xù)存入而出現(xiàn)故障；二是數(shù)據(jù)庫清理困難，清理數(shù)據(jù)庫不但需要頻繁導(dǎo)入、導(dǎo)出數(shù)據(jù)表，而且還需要清理數(shù)據(jù)庫的人員掌握SQL數(shù)據(jù)庫命令，清理難度大；三是數(shù)據(jù)庫變大后數(shù)據(jù)查詢困難，系統(tǒng)運行一段時間后，隨著數(shù)據(jù)量的增大，如果需要對歷史數(shù)據(jù)進行查取或者調(diào)用時，電腦將長時間無響應(yīng)，出現(xiàn)假死現(xiàn)象。

（4）仿真問題。系統(tǒng)仿真功能使用不方便，需要有數(shù)據(jù)發(fā)送程序，并斷開網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)不再進行實時監(jiān)控工作，仿真速度很慢，數(shù)據(jù)為每秒的數(shù)據(jù)，有必要設(shè)置仿真數(shù)據(jù)庫。

2 系統(tǒng)升級改造

針對系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，主要從硬件和軟件兩個方面對現(xiàn)有系統(tǒng)進行了升級改造。

2.1 硬件升級改造

（1）信號處理器升級。選用的高性能SP4.0智能信號處理器集成性強、故障點少、可靠性高，其性能如下：①使用了高性能采集卡，一個設(shè)備就可以代替原來的多塊采集卡、接線板、信號處理板、隔離板、GPS授時器、毫秒同步板等設(shè)備，可完成現(xiàn)場信號的高速采集、濾波和降噪等預(yù)處理，并進行一定時間的存儲；②處理器采用高性能的工業(yè)級主板，具有大數(shù)據(jù)量、長時間處理能力，系統(tǒng)運行穩(wěn)定；③內(nèi)嵌永久時鐘GPS模塊，當(dāng)GPS無法定位時，系統(tǒng)也能夠進行工作，當(dāng)定位后，系統(tǒng)采用定位時鐘進行工作，確保了分析處理數(shù)據(jù)的時間同步性；④采用TCP/IP協(xié)議傳輸，可以直接將數(shù)據(jù)發(fā)布到局域網(wǎng)上，有利于數(shù)據(jù)傳輸和管理。

（2）現(xiàn)場一次儀表升級。儀表的準(zhǔn)確度直接影響系統(tǒng)的報警靈敏性、準(zhǔn)確性和定位精度。對現(xiàn)場關(guān)鍵的一次性儀表進行了更換，脈沖發(fā)訊器由原200脈沖/轉(zhuǎn)提高到1 000脈沖/轉(zhuǎn)，壓力變送器準(zhǔn)確度由0.5%提高到0.75‰，提高了脈沖發(fā)訊器和壓力變送器準(zhǔn)確度。

2.2 軟件升級改造

（1）軟件編制開發(fā)。通過輸差檢漏法和負(fù)壓波法的耦合，克服了上述兩種方法單獨使用時的弊端，從而形成一種新的管道檢測、定位系統(tǒng)；多尺度小波變換算法的加入，提高了系統(tǒng)的檢測速度與抗干擾能力，并使系統(tǒng)可檢測的最小泄漏量進一步降低；同時采用先進的智能辨識算法，使系統(tǒng)具有在線自學(xué)習(xí)功能，提高了系統(tǒng)的容錯性和精度。

（2）增加流量計分段系數(shù)設(shè)置功能。輸入標(biāo)定的分段數(shù)值，系統(tǒng)按照數(shù)值進行流量修正，對流量進行精細處理，每間隔一定的量，確定流量系數(shù)。對不同等級的輸差量，能夠進行分級判斷處理，使輸差更加準(zhǔn)確、曲線更加平滑。

（3）修改數(shù)據(jù)庫。把原有數(shù)據(jù)庫分為參數(shù)數(shù)據(jù)庫和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，每天對實時數(shù)據(jù)分別進行存儲，即每天生成一個數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)查詢速度明顯加快。增設(shè)數(shù)據(jù)庫清理功能，根據(jù)用戶設(shè)定的保存期限，自動刪除歷史數(shù)據(jù)。

（4）改進仿真系統(tǒng)。把實時系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)分開執(zhí)行，系統(tǒng)實時運行時可以同時進行仿真。仿真時，只需選擇被監(jiān)管管線的時間段，系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫一定數(shù)據(jù)即可直接進行仿真，分析出各個異常點，給出相關(guān)的仿真信息。對于網(wǎng)絡(luò)中斷情況，下位機可待網(wǎng)絡(luò)正常后，把網(wǎng)絡(luò)中斷過程中存儲的數(shù)據(jù)發(fā)到上位機系統(tǒng)，自動將對這一段數(shù)據(jù)進行整體仿真處理，并以正常報警方式進行報警顯示。

3 應(yīng)用效果

通過對泄漏定位和微機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的分析研究，結(jié)合現(xiàn)場出現(xiàn)的各種泄漏、竊油和故障等管線工況，總結(jié)出拐點定位分析法、最高和最低點定位法、關(guān)閥定位分析法等，提高了定位的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)升級改造投運以來，報警準(zhǔn)確度都在95%以上，定位準(zhǔn)確率達到了85%以上。對于流速大于0.18 L/s以上的漏點能夠及時報警；對于流速大于0.55 L/s以上的漏點能夠及時報警并準(zhǔn)確定位，達到了預(yù)期目標(biāo)。

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.026

（欄目主持 張秀麗）