論原油泄漏報警系統(tǒng)在油田的應(yīng)用

范金璽

（吉林油田公司，吉林 松原 138003）

論原油泄漏報警系統(tǒng)在油田的應(yīng)用

范金璽

（吉林油田公司，吉林 松原 138003）

原油泄漏報警系統(tǒng)是根據(jù)“質(zhì)量守恒定律”和“能量守恒定律”，采用“趨勢法”和“輸差法”建立管線泄漏報警模型，設(shè)計管線泄漏檢測功能，以達(dá)到在管線泄漏時能夠“及時發(fā)現(xiàn)、快速處置、有效控制”的目的。本文基于原油泄漏報警系統(tǒng)，分析其在油田的應(yīng)用，以期為油田事業(yè)發(fā)展提供借鑒。

原油泄漏；趨勢法；輸差法

1　泄漏監(jiān)測與定位的設(shè)計原理

近年來的原油泄漏主要是人為破壞造成的，持續(xù)時間短、泄漏量較大，屬于突發(fā)性事故，采用趨勢法和輸差法。具備數(shù)字化監(jiān)控條件的采油廠輸油支線建立泄漏報警系統(tǒng)，系統(tǒng)采用“趨勢法”和“輸差法”建立報警判斷模型，干線報警信息發(fā)送到應(yīng)急預(yù)警中心預(yù)警日志，支線預(yù)警報警信息發(fā)送到廠級指揮系統(tǒng)調(diào)度日志。

系統(tǒng)旨在通過從前端采集的壓力、排量等實時數(shù)據(jù)按照泄漏報警模型進(jìn)行24小時計算，即時將異常情況以聲音和燈光閃爍的形式報出，提醒值班人員及時落實和處理，同時系統(tǒng)自動形成報警日志。

1.1泄漏報警模型

系統(tǒng)基于壓力降和質(zhì)量平衡原理，采用統(tǒng)計決策法設(shè)計“壓力持續(xù)下降”“瞬時排量輸差持續(xù)增大”“累計排量輸差大于預(yù)警值”實時判斷模型。

1.1.1設(shè)計原理

泄露發(fā)生特征：泄漏點原油外流，由于管道內(nèi)外壓差，泄漏點的原油迅速流失，壓力下降。泄漏點兩邊的原油由于壓差而向泄漏點補(bǔ)充。這一過程依次向上下游傳遞，相當(dāng)于泄漏點處產(chǎn)生了以一定速度傳播的負(fù)壓力波，它經(jīng)過很短時間，就會經(jīng)過閥室，最后到達(dá)上下游站。

1.1.2壓力下降原理

正常輸送時站間管道的壓力坡降呈斜直線。當(dāng)發(fā)生泄漏時，漏點前的流量變大、坡降變陡，漏點后流量變小、坡降變平，沿線的壓力坡降呈折線狀，折點即為泄漏點。

（1）管路的壓降計算，根據(jù)流體力學(xué)理論，輸油管道的總壓降可表示為：

其中：hL為沿程摩阻，hξ為局部摩阻，（Zj-ZQ）為計算高程差。（2）水力摩阻系數(shù)的計算，計算長輸管道的摩阻損失主要是計算沿程摩阻損失hL。達(dá)西公式：

對于一條給定的長輸管道，L和D都是已知的，輸量（或流速）V也是已知的，現(xiàn)在的問題就是如何計算水力摩阻系數(shù)λ。

根據(jù)流體力學(xué)理論：

其中：e為管壁的絕對粗糙度，D為管道內(nèi)徑，λ是Re和的二元函數(shù)，具體的函數(shù)關(guān)系視流態(tài)而定。

流態(tài)：分為層流和紊流，中間還存在一個過渡區(qū)，在解決工程實際問題時，為了安全，一般盡量避開過渡區(qū)，因該區(qū)的流態(tài)不穩(wěn)定。

（3）流態(tài)判斷

層流：Re＜2 000；

過渡流：2 000＜Re≤3 000（一般不考慮）；

紊流光滑區(qū)：3 000＜Re≤Re1；

紊流混合區(qū)：Re1＜Re≤Re2；

紊流粗糙區(qū)：Re＞Re2；

其中：Re=4Q/πDV；Re：雷諾數(shù)；Q：管內(nèi)流量，m3/s；D：管線內(nèi)徑，m；V：運(yùn)動黏度，m2/s；Re1=59.5/ε8/7；Re2=（665-765 lgε）/ε；ε=2e/D（管內(nèi)壁的相對粗糙度）。

其中，e：管內(nèi)壁的絕對粗糙度；無縫鋼管：0.06 mm；直縫鋼管：0.054 mm；螺旋焊縫鋼管：DN為250～350時取0.125 mm，DN＞400時取0.1 mm；D：管線內(nèi)徑，mm。

不同流態(tài)下的A、m、β值，見表1。

表1　不同流態(tài)下的A、m、β值匯總表

1.1.3壓力下降時間差

如果是泄漏引起的壓力下降，必然是距離泄漏點最近的閥室的壓力下降最明顯，而且時間上最先到達(dá)。如果是站內(nèi)操作引起的壓力下降，必然是出站壓力下降最明顯，時間最早。

1.1.4流量變化原理

根據(jù)質(zhì)量守恒原理，管線有泄漏發(fā)生后，打破原來平衡，必將引起上下游站排量變化，受管道長度、泄漏點破損程度、地形影響，經(jīng)過一段時間后，新的平衡會重新建立，反映在數(shù)據(jù)上是：出站累計排量=下游進(jìn)站累計+泄漏量。所以用“累計輸差大于預(yù)警值”的辦法也是可以反映監(jiān)控的。

1.2壓力持續(xù)下降判斷模型

數(shù)據(jù)采集：采集外輸壓力和所經(jīng)過閥室的閥前壓力，數(shù)據(jù)采集頻率為4 s，判斷周期為2 min。

采樣：采用統(tǒng)計法，首先取前10 min的數(shù)據(jù)，計算平均值，作為基準(zhǔn)壓力P基，再確定一個正常上下波動范圍值△P。

跟蹤：每4 s讀取當(dāng)前壓力值P實，當(dāng)P基-P實＞△P時，為一個異常點。

分析：當(dāng)異常點累計達(dá)到60%以上，啟動趨勢分析算法，將異常點依次分為5組，取得每組的平均壓力值P1、P2、P3、P4、P5。若出現(xiàn)P1＞P2＞P3＞P4＞P5，或P基＞P1，P基＞P2，P基＞P3，P基＞P4，P基＞P5，且P基-P5＞0.1 MPa，則疑似泄漏。

報警：當(dāng)判斷為疑似泄漏時，監(jiān)控單元軟硬件黃燈預(yù)警。

1.3模型修正

由于工業(yè)現(xiàn)場電磁干擾，輸油泵的振動等因素影響，實際采集到的負(fù)壓波序列附著大量的噪聲。因此上述監(jiān)控方法需要進(jìn)行如下修正。

去除噪聲點：啟泵操作不報警，采用出站排量7 min前是低于起輸值，當(dāng)前排量上升到很快，同時壓力7 min前低于起輸值，現(xiàn)快速上升，停泵相反。停泵不報警：對于出站壓力、出站排量低于起輸值，視為停泵狀態(tài)。數(shù)值去噪：數(shù)據(jù)都要在上下量程范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)通信GOOD，對于剛好在壓力突變分析時出現(xiàn)的個別數(shù)值特別低的值直接過濾。

壓力下降聯(lián)合判定：對于一個輸油單元，如果原油輸?shù)较掠尾贿M(jìn)罐，各種原因引起的壓力下降會在所有壓力計上有所反映。如果是出站工況操作引起的，會出現(xiàn)出站壓力時間最早，其次一個閥室，直到末端。如果是泄漏，距離最近閥室最早，反而上下游站較晚。在曲線上可反映出來，人工判斷時引起高度注意。

2　軟件設(shè)計

2.1實時數(shù)據(jù)源的采集

站控機(jī)經(jīng)由OPC Server通道，從遠(yuǎn)端站控機(jī)實時上傳數(shù)據(jù)到實時數(shù)據(jù)庫。

實時數(shù)據(jù)分類：通過實時數(shù)據(jù)讀取接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，最終展示到頁面上。對于讀取出來的數(shù)據(jù)還要進(jìn)一步整理，充分把數(shù)據(jù)做到分門別類地應(yīng)用。

實時數(shù)據(jù)入庫：對采集回來的數(shù)據(jù)通過實時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存，保存時間可自動配置，其中采集回來的數(shù)據(jù)龐大，需要對數(shù)據(jù)分類應(yīng)用，如：對輸油泵、集輸、可燃?xì)獾葦?shù)據(jù)進(jìn)行分類，使進(jìn)到實時庫里的數(shù)據(jù)是經(jīng)過整理后的數(shù)據(jù)。

2.2關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立

裸數(shù)據(jù)采集上來之后不能直接應(yīng)用，還得通過實時數(shù)據(jù)庫計算公式進(jìn)行計算。在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行計算，大大節(jié)省了運(yùn)算的時間，提高了數(shù)據(jù)的反應(yīng)速度。

預(yù)警模型的建立：對系統(tǒng)識別出的報警數(shù)據(jù)，分為站控網(wǎng)絡(luò)異常、現(xiàn)場參數(shù)超限、啟停機(jī)報警、重大事故四個類別，設(shè)置不同處置流程。對重要監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)限，讓數(shù)據(jù)在一個安全的范圍內(nèi)進(jìn)行上下波動，做到實時預(yù)警降低生產(chǎn)隱患。對每一個數(shù)據(jù)都能做到限制設(shè)定。為了操作的簡單方便與安全，所監(jiān)控頁面有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化按鈕進(jìn)行設(shè)定操作。

2.3信息發(fā)布

通過預(yù)警信息發(fā)布接口，將實時產(chǎn)生的預(yù)警信息發(fā)布至預(yù)警信息處理模塊，并且提供對外發(fā)布接口。

3　結(jié) 語

作為基于Web版的原油泄漏報警系統(tǒng)平臺，和其他同類產(chǎn)品相比，在數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫骘@示了強(qiáng)大的功能，尤其是其數(shù)據(jù)采集和信號處理的優(yōu)勢提高了人們的工作效率。

主要參考文獻(xiàn)

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10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.18.032

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1673-0194（2016）18-0051-02

2016-08-20