輕烴管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)集成技術

孫 瑩 大慶油田天然氣分公司

輕烴管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)集成技術

孫 瑩 大慶油田天然氣分公司

大慶油田天然氣分公司原有監(jiān)測系統(tǒng)具有分散、安裝時期不同、無集成的缺點，導致管道監(jiān)測系統(tǒng)管理難度大，通過集成技術將安裝的系統(tǒng)統(tǒng)一集成后，使全部系統(tǒng)納入統(tǒng)一管理，對提高管道監(jiān)測系統(tǒng)的整體管理水平具有重要意義。整個系統(tǒng)采用獨特的分散式主從結構設計，上位機和下位機合理負擔任務，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。開發(fā)和升級后的系統(tǒng)通過網絡集成技術，成功地將監(jiān)測系統(tǒng)與天然氣分公司生產指揮系統(tǒng)連接，用戶可在生產指揮系統(tǒng)客戶端瀏覽系統(tǒng)監(jiān)測信息，實時掌握管道壓力和流量的動態(tài)變化。集成后的監(jiān)測系統(tǒng)運行正常，報警反應時間和數據采集頻率均達到了標準指標的要求。

輕烴集輸管道；泄漏監(jiān)測；數據集成；報警；現場試驗

大慶油田天然氣分公司擁有輕烴輸送管道39條，是國內唯一的規(guī)模化、網絡化的輕烴集輸管網，為大慶油田所特有。近年來，社會上一些不法分子使用較先進的通信交通工具和作案手段，盜竊集輸管線中的輕烴，泄漏事故頻繁發(fā)生。因此，研究已有管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)的軟件和設備升級以及管道的統(tǒng)一管理是十分必要的。

1 實施方案

1.1 方案的編制

通過現場實地勘察調研，對所涉及到的21條管線的基本情況進行重新統(tǒng)計。依靠管線平面圖、實地測量、GPS定位等高科技手段，對管線實際走向、長度、拐點進行了重新標定和記錄；掌握管線工作壓力、瞬間流量等基礎數據；對現場儀器、儀表安裝情況進行了合理優(yōu)化，對最初安裝的3套舊系統(tǒng)的軟件進行升級，與已安裝的系統(tǒng)相匹配。

2011年新安裝5套防盜泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)：安裝在北I-1至中三1#輕烴管道（?114 mm×7 mm，9 km）等5條共計36 km管線上，與先前安裝的16套系統(tǒng)一并納入天然氣分公司生產指揮系統(tǒng)。監(jiān)測中心設在儲運大隊調度室，并通過局域網與天然氣分公司指揮系統(tǒng)客戶端相連。利用變送器對壓力及流量信號進行采集后上傳并統(tǒng)一集中處理，成功地對微弱信號進行了處理，對負壓波的傳播速度進行了必要的修正，并開發(fā)抗干擾信號軟件，以達到精確定位管線泄漏位置的目的。

1.2 方案與實施

1.2.1 系統(tǒng)及功能

整個系統(tǒng)采用獨特的分散式主從結構設計，如圖1所示。上位機以儲一、儲二的服務器為核心對所有管線的數據進行實時顯示、分析、預警、定位，并具有數據儲存、系統(tǒng)維護等功能；下位機以一體化嵌入式RTU為核心，內置C語言應用程序，對采集信號預處理及通信設備進行管理和數據發(fā)送等。上位機和下位機合理負擔任務，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。泄漏報警定位系統(tǒng)主要由數據采集分析系統(tǒng)、數據通信系統(tǒng)、中央數據監(jiān)視處理系統(tǒng)和遠程瀏覽系統(tǒng)四大部分組成，完成分路采集、兩級集中監(jiān)測的目的[1]。

圖1 系統(tǒng)集成結構

1.2.2 系統(tǒng)集成技術開發(fā)

（1）中心數據庫的數據查詢。大型網絡數據庫配合其前端開發(fā)工具，可方便地訪問、操作Web型數據庫。常用技術或語言有ASP、PHP等，最終可實現網絡數據庫中所有指定信息的瀏覽、查詢、打印等功能[2]。

（2）與其他異構數據庫的接口。由于系統(tǒng)中心數據庫為大型通用的網絡數據庫，因此，泄漏監(jiān)測系統(tǒng)與其他數據管理系統(tǒng)或應用程序之間的接口即為中心數據庫與其他數據管理系統(tǒng)或應用程序之間的接口。數據庫系統(tǒng)均為符合C語言標準的關系型數據庫管理系統(tǒng)，可以通過應用程序查看、分析和報告數據庫中的實時、歷史和其他數據。

（3）開發(fā)遠程瀏覽子系統(tǒng)。在新開發(fā)的遠程瀏覽子系統(tǒng)中，充分考慮了與生產指揮系統(tǒng)軟件的兼容性，使泄漏檢測系統(tǒng)能夠非常方便地接入指揮系統(tǒng)。生產指揮平臺上的授權用戶通過系統(tǒng)顯示數據掌握被監(jiān)測管道的運行情況，實現對管道泄漏報警情況的掌控，但平臺上的用戶只具備對數據的讀取權，不能對系統(tǒng)進行操作，這樣可避免對系統(tǒng)下位機的更多直接訪問，從而實現真正意義上的兩級管理。

1.2.3 系統(tǒng)升級改造及界面整合

天然氣分公司現有的報警定位系統(tǒng)屬不同時期完成，原設計都是針對單一管線的，界面相互獨立，因此本次集成對最早安裝的5套定位系統(tǒng)進行了升級改造，對部分站點所用的設備進行了升級，并進行了界面統(tǒng)一整合，一并接入生產指揮系統(tǒng)。系統(tǒng)整合后界面如圖2所示。改造內容：①對杏一計量間、南一儲庫所用設備進行更換，包括采集系統(tǒng)所有模塊及RTU；②薩南更換采集器RTU，并進行系統(tǒng)升級；③總庫、總外輸、紅壓、杏Ⅴ-1、杏三、杏三丁字口系統(tǒng)升級。

圖2 系統(tǒng)整合后界面

2 現場試驗效果

為檢驗輕烴防盜泄漏監(jiān)測集成技術的應用效果，從2011年6月開始對21條安裝了輕烴防盜泄漏監(jiān)測設備的管道進行現場試驗效果跟蹤。

試驗應用的數據采集分析系統(tǒng)采用帶有獨立CPU的緊湊型可編程控制器，能夠進行獨立的數據采集和處理。系統(tǒng)包括模擬量采集模塊和數字量采集模塊，可同時采集8路模擬信號，單路采樣速率可達100 ms，其中模擬量采集模塊精確度可達±0.1%以上，數字量采集模塊有單通道獨立的計數器。

（1）試驗時間及地點。2011年8月18日，在薩南輕烴閥組進行薩南至南一輕烴管道輕烴防盜泄漏監(jiān)測集成技術現場試驗。

（2）試驗過程及效果。試驗采取關、開薩南輕烴出口閥門模擬輕烴泄漏事故的方式，使管道內產生壓力波動和流量變化，觀察控制室顯示及報警情況。報警條件設置為薩南（首站）與南一（末站）壓降同時達到0.01 MPa時系統(tǒng)報警。通過上述試驗，得到以下結論：①當壓降達到設定報警值時，系統(tǒng)正常報警，報警率達到100%；②系統(tǒng)反應時間最長為58 s，最短為20 s；③數據采集頻率：壓力10 s-1，流量10 s-1。從全部21管道現場試驗結果可知，安裝的監(jiān)測報警系統(tǒng)運行正常，數據集成系統(tǒng)工作正常，系統(tǒng)最長報警反應時間為76 s，除杏Ⅴ-1至紅壓2#輕烴管道上安裝的系統(tǒng)數據采集頻率為8 s-1，其他系統(tǒng)均達到了10 s-1，與標準指標的報警時間（90 s）和數據采集頻率10 s-1（壓力）、2 s-1（流量）相比，均在計劃指標要求內。

3 結論及建議

（1）大慶油田天然氣分公司原有監(jiān)測系統(tǒng)具有分散、安裝時期不同、無集成的缺點，導致管道監(jiān)測系統(tǒng)管理難度大，通過集成技術將安裝的系統(tǒng)統(tǒng)一集成后，使全部系統(tǒng)納入到統(tǒng)一管理，對提高管道監(jiān)測系統(tǒng)的整體管理水平具有重要意義。

（2）開發(fā)和升級后的系統(tǒng)通過網絡集成技術，成功地將監(jiān)測系統(tǒng)與天然氣分公司生產指揮系統(tǒng)相接，用戶可在生產指揮系統(tǒng)客戶端瀏覽系統(tǒng)監(jiān)測信息，實時掌握管道壓力和流量的動態(tài)變化。

（3）集成后的監(jiān)測系統(tǒng)運行正常，報警反應時間和數據采集頻率均達到了標準指標的要求。

（4）建議在后續(xù)的系統(tǒng)開發(fā)中增加實時在線專家分析系統(tǒng)，對干擾系統(tǒng)、引起假報警的因素進行在線分析，排除假報警，使該系統(tǒng)能夠更好地監(jiān)測偷盜行為，提高管道管理水平，為研究管道防盜、防泄漏方法提供依據。

[1]于殿強．輸油管道泄漏監(jiān)測技術在勝利油田的應用[J]．石油規(guī)劃設計，2004（9）：4．

[2]李惠，周文松，歐進萍，等．大型橋梁結構智能健康監(jiān)測系統(tǒng)集成技術研究[J]．哈爾濱工業(yè)大學土木工程學報，2006（2）：3．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.019

2015-07-10