輸油管道自動化綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

王東

摘要:針對輸油管道泄漏事故給環(huán)境帶來污染及給國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟損失，設(shè)計了一種輸油管道的實時監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用DCS來搭建整個系統(tǒng)，通過采用了瞬態(tài)負(fù)壓波法對管道進行實時監(jiān)測，借助網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)的傳輸，通過對首末站2個站點的數(shù)據(jù)進行綜合分析與處理，實現(xiàn)對輸油管道的泄漏報警和漏點定位。

關(guān)鍵詞:監(jiān)控系統(tǒng)；輸油管道；泄漏監(jiān)測；負(fù)壓波檢測法

中圖分類號：TP301文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)21-5240-04

Design of the Comprehensive Monitoring System for the Oil Pipelines

WANG Dong

(Xinxiang Transmit Oil Section,Sinopec Pipeline Storage & Ransportation Company,Xinxiang 453003,China)

Abstract: Aimed at the leakage of the oil pipeline leads to the huge environmental pollution，as well as huge asset loss of national economy, A real-time monitoring system based on DCS for oil pipelines leakage is designed，The entire system is built based DCS , The system adopts negative pressure transient wave method to conduct real-time monitoring of pipelines，the data of temperature，pressure and flow are collected on both sides of the pipeline and transmitted through the internet. leak alarm and leak point positioning function is implement? ed by Comprehensive analysis and processing on the data of the two sites of the first and last stop.

Key words: monitoring system; transportation pipeline; leakage monitoring; positioning; negative pressure wave theory

管道運輸是一種運量大、不受地面與氣候等因素制約、成本低以及連續(xù)作業(yè)的流體物質(zhì)運輸方式；近年來，泄漏已經(jīng)成為輸油管道運行的主要故障，嚴(yán)重干擾了原油的正常生產(chǎn)與運輸，由于各種自然和人為因素,比如管道腐蝕、地面沉降、城市建設(shè)和人為打孔盜油等原因,輸油管道泄漏事故時有發(fā)生，泄漏事故一旦發(fā)生,便會造成一連串十分嚴(yán)重的連鎖反應(yīng),如能源浪費、經(jīng)濟財產(chǎn)損失、環(huán)境破壞等；為了減少損失,減輕管道事故的危害,需要在事故發(fā)生后立即檢測出來,并且能夠指明泄漏發(fā)生的位置，通過及時采取措施，可以大大減少盜油案件發(fā)生，現(xiàn)已有多種管道泄漏檢測方法,但它們在適用范圍、反應(yīng)速度、檢測靈敏度和定位精度等方面均存在一定的局限，負(fù)壓波檢測法憑借其性價比高、簡單實用、可靠性高、檢測定位性能好的特點在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)輸油管道的實際情況，通過DCS來搭建整個系統(tǒng)，采用了瞬態(tài)負(fù)壓波法對管道進行實時監(jiān)測,全線各站設(shè)有站控,站與站互相通信,實現(xiàn)了資源共享和對輸油管道在線泄漏點的檢測和定位，實現(xiàn)首末兩站點之間數(shù)據(jù)的實時傳輸，完成對輸油管道工況的實時檢測，及時發(fā)現(xiàn)泄漏并迅速定位。

圖4系統(tǒng)系統(tǒng)的工作流程

這個系統(tǒng)軟件由GPS校時模塊，泄漏點定位判斷，診斷監(jiān)控模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊模塊及數(shù)據(jù)采集模塊等組成。

1）數(shù)據(jù)采集模塊

由安裝在輸油管道首末端的溫度傳感器、流量傳感器和壓力傳感器對管道的溫度、流量和壓力信息進行采集，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要將采集到的溫度、流量和壓力數(shù)據(jù)首先需要進行降噪和濾波等處理，得到的信息是模擬信息，需要轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號方能進入DCS，通過AD模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，同時數(shù)據(jù)采集模塊讀取本地系統(tǒng)時鐘信息，將溫度、流量和壓力信息分別與時間信息進行打包，按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀格式打包成為數(shù)據(jù)幀，其中，數(shù)據(jù)頭用來標(biāo)識信息起始標(biāo)志、管道編號、數(shù)據(jù)特征等信息，后面跟著用來實現(xiàn)各端信號的對比的時間信息，數(shù)據(jù)尾包括校驗碼等，打包完整后方傳入JX-300XP DCS中，由于JX-300XP DCS具有完整的函數(shù)模塊，方便編程。

2）診斷監(jiān)控模塊

數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊在運行時，首先發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令，調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊對管道兩端的溫度、壓力、流量等狀態(tài)信號進行采集，然后調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸模塊將管道首末端信號傳輸?shù)皆\斷監(jiān)控端，通過采用負(fù)壓波法對管道首末兩端狀態(tài)信息進行分析，判斷管道是否發(fā)生泄漏，同時，完成對溫度、壓力、流量等狀態(tài)信號進行實時監(jiān)測與顯示；一旦發(fā)生管道泄漏事故時，調(diào)用泄漏點定位判斷模塊進行泄漏點位置的定位。

3）泄漏點定位判斷模塊

漏點定位判斷模塊主要功能是在管道發(fā)生泄漏時候進行報警和精確定位，是系統(tǒng)軟件的核心部分，當(dāng)溫度、壓力和流量出現(xiàn)異常（超出設(shè)定的閥值）時，首先發(fā)出報警，然后利用負(fù)壓波法計算出負(fù)壓波到達首末站之間的時間差△t，最后由改進后的定位公式X=

行調(diào)用，傳輸介質(zhì)主要使用專用的電話線，傳輸方式是使用RS-232串行接口控制Modem進行數(shù)據(jù)的定時傳輸。

5）GPS校時模塊

GPS校時部分主要是通過編程實現(xiàn)，為了確保管道首尾兩端時間的同步，采用全球定位系統(tǒng)(GPS)來校對管道兩端數(shù)據(jù)采集模塊的系統(tǒng)時間，為了防止計算機時間芯片的漂移及由此引起的時間不同步，在程序中設(shè)置每一小時調(diào)用一次時間校正程序，每一個小時就工作一次，接收來自GPS接收機的信息，并對DCS進行系統(tǒng)時進行校正。

測試如下：管線長度L=21.8km，管徑=219mm，壁厚h=6.0mm，現(xiàn)場輸送量=168m3/h,首站管壓=1.7MPa，末站管壓=0.31MPa，首站溫度=51℃，末站溫度=46℃，通過對5個不同位置進行泄漏檢測，結(jié)果如表1所示。

表1測試結(jié)果表

輸油管道是油田的生命線，對其安全監(jiān)控是很重要的一個環(huán)節(jié)，針對今年來輸油管道發(fā)生的泄漏事故，設(shè)計了一套基于DCS的實時監(jiān)控系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了負(fù)壓波檢測法及系統(tǒng)實現(xiàn)的軟硬件，并解決了系統(tǒng)中存在的關(guān)鍵問題；通過數(shù)據(jù)測試,該系統(tǒng)能夠有效的排除站內(nèi)工況調(diào)整影響,并能夠準(zhǔn)確的對管道泄漏給出報警和定位信息，實現(xiàn)對輸油管道進行實時監(jiān)測，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,為油田生產(chǎn)的正常運行,提供了技術(shù)保障。

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