苯長輸管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

趙福丹 劉鳳歌 李育峰

(1.東營五色石測漏技術(shù)有限公司,山東 東營 257000；2.天津市化工設(shè)計院,天津 300193；3.天津大沽化工股份有限公司,天津 300455)

危險液體介質(zhì)輸送管道泄漏自動監(jiān)測技術(shù)已在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。我國長輸管道測漏技術(shù)的研究起步較晚，清華大學(xué)及天津大學(xué)等單位從20世紀90年代中期開始研究，而真正實際應(yīng)用則是在2000年以后。由于油田治安形勢惡化，使得輸油管道測漏技術(shù)迅速規(guī)?；茝V應(yīng)用。

苯在常溫下是一種高度易燃、有香味的無色危險液體，是一種有機化合物，也是組成結(jié)構(gòu)最簡單的芳香烴。苯有較高的毒性，是一種致癌物質(zhì)。它難溶于水，易溶于有機溶劑，本身也可作為有機溶劑。苯的熔點5.5℃，密度0.88g/mL，為防止其低溫凝固，苯長輸管道全程需要電伴熱帶伴熱且架空鋪設(shè)。某長距離苯輸送管道全長37.6km，首站位于某乙烯裝置，末站位于某化工廠罐區(qū)。管道起點壓力3.5MPa、溫度10℃，年輸送10萬t(約13t/h)。由于苯屬于劇毒的危險化學(xué)品，一旦發(fā)生泄漏，不但會污染環(huán)境，還可能造成人身傷亡事故，帶來巨大的經(jīng)濟損失和惡劣的社會影響。因此，需要對苯輸送管道進行高精度泄漏監(jiān)測，保證管道長期穩(wěn)定安全生產(chǎn)。

1 測漏原理①

由于苯是一種液體，經(jīng)過分析研究，苯長輸管道泄漏監(jiān)測可采用在輸油管道上使用成熟的測漏技術(shù)，即基于負壓波原理定位和輸差分析兩種方法，通過監(jiān)測管道兩端的負壓波、流量和密度來實現(xiàn)測漏報警。

負壓波原理定位方法是指當管道某處突然發(fā)生泄漏時，在泄漏處將產(chǎn)生瞬態(tài)壓力突降，這種負壓波動將會以一定的速度自泄漏點向兩端傳播，上、下游壓力傳感器將捕捉到特定的瞬態(tài)壓力降波形，然后由軟件進行泄漏判斷。要實現(xiàn)準確的定位，必須精確地計算壓力波在管道介質(zhì)中的傳播速度和上、下游壓力傳感器接收壓力波的時間差。

輸差分析方法是根據(jù)液體的不可壓縮性和質(zhì)量守恒定律，在軟件中實時進行瞬時輸差、2min輸差、10min輸差、1h輸差、4h輸差、8h輸差和24h輸差對比，一旦超出預(yù)設(shè)門檻，系統(tǒng)就會發(fā)出警報，但是不能定位。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

苯長輸管道測漏系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集站、現(xiàn)場儀表、通信系統(tǒng)和監(jiān)測軟件4部分組成。

數(shù)據(jù)采集站位于首、末兩站，由數(shù)據(jù)采集模塊WSS3000、壓力波測量儀表及安全柵等組成。WSS3000由數(shù)據(jù)采集模塊和GPS時間采集器構(gòu)成，由GPS時間采集器采集衛(wèi)星標準時間信號，用于測漏系統(tǒng)兩個數(shù)據(jù)采集站的校時。

在管道兩端安裝高精度壓力變送器和質(zhì)量流量計，用于實時監(jiān)測管道進出口的壓力、溫度、密度、瞬時流量和累積流量。

系統(tǒng)通信采用互聯(lián)網(wǎng)方式，通過3G無線路由器和電話寬帶構(gòu)成雙路通信，以寬帶為主，3G無線通信為輔，使用互聯(lián)網(wǎng)固定IP地址的IP服務(wù)器實時轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

測漏系統(tǒng)軟件實時顯示管道首末兩端的壓力、溫度及密度等參數(shù)的變化趨勢圖，并通過算法實時監(jiān)測壓力變化趨勢和輸差，一旦輸差超過設(shè)定值，系統(tǒng)會自動報警，并進行負壓波分析，計算泄漏點位置。

3 應(yīng)用

苯物料輸送管線測漏系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢并正式投入運行后，系統(tǒng)整體運行平穩(wěn)，能夠?qū)崟r監(jiān)測流量、壓力、溫度及密度等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了泄漏監(jiān)測報警，對保障正常、安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

苯長輸管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)能夠監(jiān)測到的泄漏量小于總輸量的0.5%；泄漏監(jiān)測定位和報警均在泄漏發(fā)生后的3min內(nèi)完成。

經(jīng)過試驗與運行，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題有：末端壓力變送器對負壓波的反應(yīng)不靈敏，導(dǎo)致泄漏點定位困難。如某次首站降量操作，瞬時流量從20.6t/h降到20.4t/h，首端壓力有反應(yīng)，而末端壓力不反應(yīng)，即使進行起停泵操作，末端壓力反應(yīng)也很小。分析原因主要是：由于管道為架空鋪設(shè)，沿線有很多膨脹彎，且經(jīng)常停輸，造成膨脹彎頂部有氣體存在，導(dǎo)致負壓波衰減嚴重；末端臨港廠區(qū)進站壓變安裝位置應(yīng)在質(zhì)量流量計前面，即靠近站外主管道一側(cè)；末端壓力變送器量程太高(0.00～4.00MPa)，而管道壓力僅為0.07MPa左右，最高不超過0.10MPa。

4 結(jié)束語

基于負壓波原理定位和輸差分析方法的苯長輸管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，既大幅減少了系統(tǒng)的誤報，又提高了監(jiān)測的靈敏度。并且通過3G和電話寬帶構(gòu)成的通信系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。但由于管道架空導(dǎo)致多處膨脹彎氣體積聚影響了負壓波的傳播，需在今后管道設(shè)計時注意。