輸油管道泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

[摘 要]針對(duì)遼河油田原油的特性和輸油管道的狀況，研制了一套輸油管道泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸油管道在線的泄漏檢測和定位。系統(tǒng)采用了瞬態(tài)負(fù)壓波法對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，突破了常規(guī)管道泄漏檢測方法和裝置的缺陷，首次采用了小波分析信號(hào)處理方法，實(shí)現(xiàn)從噪聲中準(zhǔn)確提取信號(hào)，大大提高泄漏點(diǎn)定位精度。系統(tǒng)軟件中應(yīng)用了GPS技術(shù)來統(tǒng)一計(jì)算機(jī)的基準(zhǔn)時(shí)間，并采用動(dòng)態(tài)調(diào)用的方式，每小時(shí)進(jìn)行一次時(shí)間校正，防止計(jì)算機(jī)時(shí)間芯片的漂移。為管道泄漏檢測領(lǐng)域提供了新的思路和方法。目前該泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在金馬公司海一聯(lián)—坨首站線輸油管道上的試驗(yàn)應(yīng)用已獲得成功。

[關(guān)鍵詞]輸油管道 泄漏 實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TE978 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）06-0018-01

1 現(xiàn)狀及存在問題

現(xiàn)有輸油管道218條，9條長輸干線，累計(jì)長度352公里。年輸油能力100萬噸左右，最高輸油溫度90℃，最大輸油壓力1.8MPa。由于管道使用年限長，最早的管道1987年建成投產(chǎn)的，距現(xiàn)在已有20年，建設(shè)時(shí)期防腐施工技術(shù)不成熟，導(dǎo)致管道老化、腐蝕嚴(yán)重。加之不法分子時(shí)常竊機(jī)打孔盜油搞破壞，致使輸油管道泄漏時(shí)有發(fā)生，影響了正常的生產(chǎn)秩序，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1995年—2005年輸油管道累計(jì)穿孔超過20次，其中穿孔事故15次，打孔盜油5次，最長停輸時(shí)間28小時(shí)，每次造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)拾萬元。由于輸油管道很長，穿越的地理環(huán)境復(fù)雜，靠常規(guī)人工巡線難于發(fā)現(xiàn)，如何能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測到泄漏事故的發(fā)生，盡快定出泄漏點(diǎn)的位置，是迫切需要解決的生產(chǎn)問題。為此，確定研究開發(fā)“輸油管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)”。

2 技術(shù)原理

管道泄漏的檢測方法總體上分為內(nèi)部檢測和外部檢測方法，外部檢測方法又可分為化學(xué)方法、流量平衡法、壓力差法、應(yīng)力波法、實(shí)時(shí)模型法和負(fù)壓波法等方法，

本系統(tǒng)主要采用負(fù)壓波法進(jìn)行監(jiān)測。輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)需要根據(jù)采集到的壓力信號(hào)序列，實(shí)時(shí)分析壓力信號(hào)的變化趨勢(shì)，判斷管道是處于正常運(yùn)行狀態(tài)，還是處于故障狀態(tài)。初步判斷為事故發(fā)生后，發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)，提示工作人員注意。系統(tǒng)對(duì)初步分析發(fā)現(xiàn)的故障狀況進(jìn)一步細(xì)化分析，確定故障類型。在管道泄漏監(jiān)測的過程中，主要采用了信號(hào)自動(dòng)分段技術(shù)。

信號(hào)自動(dòng)分段方法的基本原理是，先用一個(gè)固定的窗選取平穩(wěn)運(yùn)行的信號(hào)作為參考段，不斷地與當(dāng)前信號(hào)作比較，非平穩(wěn)性可以由段之間的過程統(tǒng)計(jì)特性和頻譜特性的變化顯示出來。一般根據(jù)幾種反映各段特性差異大小的判據(jù)，當(dāng)判據(jù)大過一定的閾值時(shí)，就認(rèn)為信號(hào)進(jìn)入了另一段。對(duì)壓力、流量等參數(shù)的自動(dòng)分段，選用以下幾種反映信號(hào)波形結(jié)構(gòu)變化的統(tǒng)計(jì)特性參數(shù)：

3 輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 計(jì)算機(jī)泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測管道的運(yùn)行狀態(tài)。為了進(jìn)行管道的泄漏檢測，根據(jù)管道的具體情況，在管道的首站、末站分別采集進(jìn)、出站壓力和溫度運(yùn)行參數(shù)，將全部數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器，根據(jù)實(shí)時(shí)收集到的信息，綜合判斷管線是否有泄漏發(fā)生，并對(duì)漏點(diǎn)定位。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)現(xiàn)在線泄漏檢測和定位。遠(yuǎn)程終端將采集的流量、壓力、溫度等參數(shù)傳遞給監(jiān)控中心，以對(duì)管道的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)檢測到泄漏時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3.2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)在將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用在管道泄漏檢測中，開發(fā)了原油管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，綜合運(yùn)用了數(shù)字濾波、中值濾波、頻譜分析等各種信號(hào)處理函數(shù)以及小波分析等先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，為現(xiàn)場應(yīng)用提供了方便。

3.2.2 軟件系統(tǒng)的功能

監(jiān)測系統(tǒng)的軟件分為子站和中心站兩個(gè)部分，子站采集管道運(yùn)行壓力數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)向中心站發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)；中心站實(shí)時(shí)接收數(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(bào)警，提示操作人員進(jìn)入泄漏定位程序，進(jìn)一步判斷是否發(fā)生泄漏并計(jì)算泄漏點(diǎn)位置。監(jiān)測軟件主要包括以下幾個(gè)功能模塊：

3.2.2.1 子站數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)采集部分采集各路信號(hào)，將壓力信號(hào)的變化情況在趨勢(shì)圖中顯示，數(shù)據(jù)傳輸部分將壓力數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)或電話線發(fā)送，供服務(wù)器使用，運(yùn)用負(fù)壓波法、壓力梯度法等多種管道泄漏檢測方法，對(duì)采集到的工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，確定是否有泄漏發(fā)生。

3.2.2.2 中心站數(shù)據(jù)接收及泄漏判斷模塊

中心站數(shù)據(jù)接收模塊實(shí)時(shí)接收各路壓力信號(hào)，綜合運(yùn)用負(fù)壓波法、壓力梯度法等多種管道泄漏檢測方法，對(duì)采集到的工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，確定是否有泄漏發(fā)生，如判斷為有泄漏，就發(fā)出報(bào)警信息，提示操作人員進(jìn)入泄漏定位程序。

3.2.2.3 實(shí)時(shí)通訊模塊

實(shí)時(shí)通訊模塊根據(jù)現(xiàn)場情況可采用調(diào)制解調(diào)器（Modem）通訊方式，也可采用無線網(wǎng)絡(luò)（TCP/IP）通訊方式，正常時(shí)為綠燈，不正常時(shí)為紅燈。只要網(wǎng)絡(luò)線路暢通，中心站就能自動(dòng)與子站建立鏈接，從而傳輸輸據(jù)。

3.2.2.4 GPS校時(shí)模塊

GPS校時(shí)模塊每到一定的時(shí)刻就工作一次，該模塊接受來自衛(wèi)星接收機(jī)的信息，獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，并將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)間修改為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，這樣使各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一為一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。

3.2.2.5 漏點(diǎn)定位模塊

漏點(diǎn)定位模塊是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，漏點(diǎn)定位模塊運(yùn)用了小波變換，準(zhǔn)確地檢測出壓力信號(hào)的特征，在實(shí)際應(yīng)用中精確地定出泄漏點(diǎn)的位置，同時(shí)將泄漏報(bào)警時(shí)間、泄漏點(diǎn)位置等參數(shù)保存起來以供日后分析。

3.2.2.6 歷史數(shù)據(jù)分析模塊

歷史數(shù)據(jù)分析模塊包括歷史壓力顯示、報(bào)警記錄、泄漏定位記錄，報(bào)警記錄顯示報(bào)警時(shí)間，泄漏定位記錄顯示泄漏點(diǎn)的位置和泄漏發(fā)生的時(shí)刻。

3.2.2.7 參數(shù)設(shè)置模塊

參數(shù)設(shè)置模塊可以設(shè)置各泵站電話號(hào)碼或其它站的TCP/IP參數(shù)，另外，系統(tǒng)一開機(jī)就一直運(yùn)行，為限制非操作人員的使用權(quán)限，設(shè)置了系統(tǒng)退出密碼，只有正確輸入退出密碼，才可以退出系統(tǒng)。 系統(tǒng)研制采用了多種先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)和信號(hào)處理方法，為管道泄漏檢測領(lǐng)域提供了新的思路和方法，其技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，而且達(dá)到國際同類系統(tǒng)的先進(jìn)水平。

4 結(jié)論

“輸油管道泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)”在長輸管線上的應(yīng)用，通過準(zhǔn)確報(bào)警和精確定位信息，對(duì)長輸管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。解決了多年來困擾我們無法檢測管道泄漏的難題。制止違法犯罪行為、避免重大惡性事故發(fā)生，減少環(huán)境污染，為生產(chǎn)的正常運(yùn)行提供了技術(shù)保障。“輸油管道泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)”采用瞬態(tài)負(fù)壓波法對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)從理論和結(jié)構(gòu)上突破了常規(guī)管道泄漏檢測方法和裝置的缺陷，首次采用了小波分析信號(hào)處理方法，實(shí)現(xiàn)從噪聲中準(zhǔn)確提取信號(hào)，大大提高泄漏點(diǎn)定位精度。系統(tǒng)軟件部分還應(yīng)用GPS技術(shù)來統(tǒng)一各站計(jì)算機(jī)的基準(zhǔn)時(shí)間，為管道泄漏檢測領(lǐng)域提供了新的思路和方法，其技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。在液體輸送管道的泄漏檢測和定位方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

作者簡介：武春陽（1988-今），男，遼寧盤錦人，助理工程師，2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位?，F(xiàn)在遼河油田金馬公司采油二區(qū)工作。