基于負壓波的泄漏檢測系統(tǒng)在日儀線的應用

田 遠劉 靚王 璐

1.中國石化集團管道儲運公司 運銷處 （江蘇 徐州 221006）

2.中國石化集團管道儲運公司 華東管道設計研究院 （江蘇 徐州 221006）

3.中國石油天然氣管道工程有限公司 （河北 廊坊 065000）

管道運輸具有運輸量大、受地形限制小、密閉安全和能耗少運費低等優(yōu)點，使管道輸送成為運輸原油和其產(chǎn)品的理想方式。但是管道運輸面臨著泄漏的危險，隨著管道長時間的運行損耗、輸油設備的老化以及打孔盜油，泄漏事故經(jīng)常發(fā)生，給人們的健康、財產(chǎn)造成了很大的威脅。如果能在最短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)管道泄漏的具體位置，可以有效地降低對財產(chǎn)及人們健康的影響[1]。在原油管道的運行過程中，一套靈敏度高、定位準確、能夠?qū)崟r的泄漏檢測系統(tǒng)顯得尤為重要。

1 管線概況

日照-儀征原油管道從山東省日照市嵐山港區(qū)至江蘇省儀征市的儀征中轉油庫，線路總長度為390km，沿途經(jīng)過山東省日照市嵐山區(qū),江蘇省連云港市贛榆縣、東?？h,宿遷市沭陽縣,淮安市淮陰區(qū)、清浦區(qū)、洪澤縣、盱眙縣、金湖縣,安徽省天長市和江蘇省揚州市儀征市。目前日儀原油管道是我國管徑最大的原油管道，390km輸油管線中有310km選用φ914mm×12.7mm L450的螺旋縫埋弧焊鋼管，80km的穿跨越段選用 φ914mm×15.9mm（17.5）L450 的直縫埋弧焊鋼管。全線共設1個輸油處，1個調(diào)度控制中心、1個搶維修中心和5座輸油站場，5座輸油站分別為日照輸油站、東海輸油站、觀音輸油站、淮安輸油站和末站儀征輸油站。

2 泄漏檢測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)由安裝于日照首站、東海站、淮安站、觀音站和儀征末站的信號調(diào)理器和安裝于調(diào)度控制中心的中心站計算機組成。調(diào)度控制中心位于日照，遠程監(jiān)視管理中心位于徐州，都設有工作站，日照和徐州具有相同的管理權限。泄漏監(jiān)測軟件是通過OPC（OLE for process control）接口與SCADA系統(tǒng)進行通訊。

泄漏監(jiān)測系統(tǒng)通過各輸油站控所接收的管道輸油時的進出站壓力、流量、溫度等運行參數(shù)，調(diào)控中心通過計算機軟件對采集到的管線輸油運行參數(shù)進行處理和分析，發(fā)現(xiàn)有異常壓力波動時，通過對比分析上下站運行參數(shù)，確定管線是否發(fā)生泄漏。當日儀線管線有漏油時，該系統(tǒng)會有報警提示，并通過計算來確定漏油點的具體位置。

日照-儀征原油管道基于SCADA系統(tǒng)的管道泄漏檢測系統(tǒng)的組成如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)軟件構成

圖1 日儀線泄漏檢測系統(tǒng)

日儀線原油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的整個軟件設計基于虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW。調(diào)度控制中心負責通過OPC接口實時獲得來自SCADA服務器各輸油站的數(shù)據(jù)，監(jiān)測壓力數(shù)據(jù)序列的波形模式的變化，初步判斷發(fā)生泄漏后，發(fā)出報警并自動定位泄漏點，調(diào)控中心也可以通過手動定位來確認管線是否泄漏，保存泄漏數(shù)據(jù)的同時向SCADA服務器回傳泄漏報警定位信息以供通知泄漏點管段所在的上、下輸油站[2]。日儀原油管線泄漏檢測系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)接收、泄漏分析判斷、泄漏點位置確定和數(shù)據(jù)分析的功能。

3 泄漏檢測與定位的原理

日儀線原油管道泄漏檢測系統(tǒng)主要采用負壓波檢測泄漏并對泄漏點的具體位置進行分析與確定，從而第一時間發(fā)現(xiàn)漏油點，減少油品損耗，降低對環(huán)境及人們的危害。日儀線泄漏檢測系統(tǒng)把整條管線分4個管段進行檢測，分別是日照—東海段、東?！窗捕?、淮安—觀音段和觀音—儀征段，主要采集管線壓力、溫度和流量。

在日儀線正常運行的過程中若管線突然發(fā)生泄漏事故，則該泄露點會即刻因原油流體損失而造成局部密度減小，進而產(chǎn)生瞬時壓力降和速度差，該瞬時壓力降作用在流體介質(zhì)上會作為減壓波源通過介質(zhì)以聲速向泄漏點的上下游傳播，以管線正常運行時的壓力作為參考標準，則泄漏時產(chǎn)生的減壓波就稱為負壓波。不同的介質(zhì)中，傳播的速度也不一致，在原油管道中的傳播速度要快于天然氣的管道。在泄漏點兩端或上下泵站安裝的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)會接收瞬態(tài)壓力波信號，通過信號處理分析系統(tǒng)對壓力波信號進行分析處理，可以確定泄漏點上下游負壓波的傳播速度，結合接收到的瞬時壓力降的波形和上下游接收到壓力波信號的時間差就可以確定管線泄漏點的具體位置。負壓波檢測原理也可由圖2所示:泄漏點位置可由公式（1）計算得出:

圖2 負壓波泄漏檢測原理

式中 D—泄漏點距上游傳感器的距離，m；

L—管道全長，m；

v—原油在管道中的流速，m/s;

x—壓力波速，m/s;

t1,t2—分別為上下輸油站接收到瞬時壓降需要的時間，s；

Δt—上下輸油站接收到負壓波的時間差，s。

從公式（1）中可以知道影響泄漏定位準確的因素主要是:①負壓波傳播到上下輸油站傳感器的時間差（要求兩站的系統(tǒng)時間保持一致），時間上如果偏差1s則會給泄漏點位置的確定造成1000m左右的誤差；②管道內(nèi)負壓波波速的確定，負壓波在輸油管道中的傳播速度一般在1000～1200m/s之間[3]。

4 實例分析

通過對日儀原油管線實際生產(chǎn)運行過程中遇到的一些壓力異常的分析來驗證該泄漏檢測系統(tǒng)的可行性。2012年12月14日，日儀線淮安輸油站調(diào)度人員匯報其進站壓力持續(xù)下降，初步懷疑有泄漏的可能，調(diào)度控制中心通過日儀線泄漏檢測系統(tǒng)對東海輸油站的出站壓力和淮安輸油站管段的進站壓力進行分析判斷，具體壓力趨勢圖如圖3所示。

圖3 東海—淮安輸油管段壓力趨勢圖

從圖3中可以看出在6:30左右淮安進站的壓力由1.80MPa下降到1.14MPa,而此時東海的出站壓力并沒有下降，面對這種東海輸油站出站壓力平穩(wěn)而淮安輸油站進站壓力不斷下降的情況，結合負壓波的傳播原理，可能在東海-淮安輸油管段某處存在漏油的可能，從而使減壓波傳至淮安輸油站，導致該站進站壓力下降。通過檢測系統(tǒng)對該管段進行了泄漏的手動定位，如圖4所示。

圖4 泄漏管段定位

該系統(tǒng)可以快速給出可能泄漏的位置，這樣便于快速到達可能存在漏油現(xiàn)場確定管線是否漏油。

5 小結

通過管道實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測，可以排除影響管道安全運行的隱患，如果有盜油可以第一時間發(fā)現(xiàn)并對盜油點進行定位，能快速地對管道進行搶修，從而減少了漏油對環(huán)境的污染及對人們健康的影響。

日儀原油管道所采取負壓波原理的泄漏檢測，具有響應速度快、漏點感應精度高、定位原理簡單和定位準確等優(yōu)點，但對于比較小的泄漏或緩慢增加的泄漏反應較弱，甚至檢測不到。由于切換輸油罐或?qū)φ{(diào)節(jié)閥的設置而造成的壓力波動泄漏檢測系統(tǒng)會存在誤報警。目前能解決檢測靈敏度與誤報警之間的矛盾和定位的準確度對原油管線的實時監(jiān)控具有重要意義。日儀線全線沒有翻越點，不易造成不滿流，故負壓波的傳輸不會中斷，通過對管線實際運行時遇到的泄漏進行研究分析，負壓波泄漏檢測在日儀原油管道中具有可行性。

[1]鐘仕榮.泄漏定位系統(tǒng)在甬滬寧進口原油管道的應用[J].自動化技術與應用，2004，23（8）:58-60.

[2]劉恩斌，李長俊，彭善碧.應用負壓波法檢測輸油管道的泄漏事故[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2009，41（11）:285-287.

[3]李文軍，王學英.油氣管道泄漏檢測與定位技術的現(xiàn)狀及展望[J].煉油技術與工程，2005，35（9）:49-52.