GIS技術(shù)在輸油管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

鄭爽

摘要：隨著管道增多，管齡增長(zhǎng)，以及腐蝕、缺陷等自然或人為的原因，使管道泄漏頻繁發(fā)生，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，而且污染環(huán)境，因此對(duì)管道泄漏的檢測(cè)尤為重要。本文在分析國(guó)內(nèi)輸油管道泄漏診斷面臨諸多問(wèn)題的同時(shí)，提出應(yīng)用GIS 進(jìn)行泄漏診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，充分利用GIS 平臺(tái)，并結(jié)合現(xiàn)有管道泄漏定位理論，建立了一套具有地理信息在線顯示、定位準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速、聲光報(bào)警、無(wú)極縮放等優(yōu)點(diǎn)的基于GIS的輸油管道泄漏診斷系統(tǒng)，取得了良好效果，具有廣闊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：GIS技術(shù) 輸油管道 檢測(cè)系統(tǒng)

【分類(lèi)號(hào)】：TE88

GIS在輸油氣管道中的技術(shù)現(xiàn)狀

在長(zhǎng)輸油氣管道管理過(guò)程中，GIS將管道沿線的地理環(huán)境、地面設(shè)施、交通、人文景觀、地質(zhì)條件、各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害和自然災(zāi)害等影響管道安全運(yùn)營(yíng)的主客觀因素和技術(shù)數(shù)據(jù)納人數(shù)據(jù)庫(kù)，在地理坐標(biāo)上得到有機(jī)整合，構(gòu)筑起數(shù)字管道，為管道可研、勘察設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理提供一個(gè)高效率的數(shù)據(jù)采集與處理平臺(tái)和管理與決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和共享，保證數(shù)據(jù)的完整性。在長(zhǎng)輸油氣管道管理過(guò)程中，應(yīng)用GIS可以匯總海量資料，提高管理效率和精度，方便管道管理數(shù)據(jù)快速。

GIS系統(tǒng)在長(zhǎng)輸油氣管道管理中的優(yōu)勢(shì)

在長(zhǎng)輸油氣管道管理過(guò)程中，應(yīng)用GIS可以匯總海量資料，提高管理效率和精度，方便管道管理數(shù)據(jù)快速更新，具體優(yōu)勢(shì)如下：

（1）在勘察及初步設(shè)計(jì)階段，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字選線。在測(cè)量專業(yè)提供的實(shí)時(shí)數(shù)字資料情況下，使用GIS專業(yè)軟件構(gòu)建具有豐富信息的三維數(shù)字立體管道周邊地圖，可以方便、逼真地設(shè)計(jì)各種方案，供決策使用，選出經(jīng)濟(jì)合理的最佳線路，確定經(jīng)濟(jì)管徑，布設(shè)最恰當(dāng)?shù)恼緢?chǎng)和閥室。

（2）在管道建設(shè)階段，施工單位借助GIS專業(yè)軟件所繪制的地圖，可以進(jìn)行科學(xué)分工，預(yù)測(cè)施工進(jìn)度，記錄管道各焊口的位置和竣工回填后地形地物的變化等數(shù)據(jù)，以備將來(lái)調(diào)用。

（3）在運(yùn)營(yíng)管理階段，管理人員通過(guò)設(shè)計(jì)和施工提供逐步完善的管道信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道運(yùn)行、檢修、安全情況的動(dòng)態(tài)觀測(cè)及對(duì)各種資料、數(shù)據(jù)等進(jìn)行檢索、預(yù)報(bào)，掌握管道運(yùn)營(yíng)的瞬時(shí)狀況。一旦出現(xiàn)異常情況，可實(shí)現(xiàn)局部定位，調(diào)用相關(guān)信息進(jìn)行分析，及時(shí)為決策者提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，以便制定維修方案，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

GIS的輸油管道泄漏診斷系統(tǒng)

系統(tǒng)是利用地理信息系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)出來(lái)的一套輸油管道綜合泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地形地貌（管道模擬、管道所處位置自然環(huán)境、人工建筑等）實(shí)時(shí)在線模擬顯示，管道泄漏實(shí)時(shí)聲光報(bào)警、定位等功能，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)效性高等優(yōu)點(diǎn)。輸油管道信息與空間位置信息有著密切的關(guān)系，因此在整條原油、成品油管道的信息化建設(shè)中引入能夠把空間位置信息與屬性數(shù)據(jù)信息結(jié)合在一起的軟件平臺(tái)。系統(tǒng)采用MapInfo的MapX5.0產(chǎn)品與C++ Builder6.0結(jié)合進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，利用MapInfoMapX 完善的地圖操作功能，定位、地圖導(dǎo)航、專題圖及各種統(tǒng)計(jì)分析功能實(shí)現(xiàn)了可視化的安全調(diào)度及安全監(jiān)控等功能。同時(shí)能夠?qū)ΡI油、管道局部老化、泄漏、自然災(zāi)害這些可能發(fā)生重大事故及其他安全隱患都設(shè)計(jì)了相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

長(zhǎng)輸油管道泄漏報(bào)警涉及泄漏定位和圖形顯示兩方面內(nèi)容。目前，負(fù)壓波法被廣泛用于泄漏定位計(jì)算，GIS二次開(kāi)發(fā)廣泛用于圖形顯示和聲光報(bào)警。

當(dāng)長(zhǎng)輸油管道上某點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，在泄漏處將引起壓力降，形成一個(gè)負(fù)壓力波。該壓力波將以一定的波速向管道兩端傳播，經(jīng)過(guò)若干時(shí)間分別傳到管道兩端的壓力變送器。根據(jù)壓力變送器檢測(cè)到的壓力波形特征就判斷是否

管道泄漏定位過(guò)程

實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)管道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信號(hào)，包括液體壓力、流量、溫度、密度等，通過(guò)有效方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波降噪，提取出有用信號(hào)。將此信號(hào)傳輸?shù)揭呀?jīng)編制好的基于GIS 的管道泄漏診斷模型中，通過(guò)與模型標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模式識(shí)別、對(duì)比分析來(lái)判斷管道是否發(fā)生泄漏。如果判斷發(fā)生泄漏，診斷模型則聲光報(bào)警，對(duì)泄漏位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，提示工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看維修。如果判斷沒(méi)有發(fā)生泄漏，模型不報(bào)警，同時(shí)繼續(xù)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，依次循環(huán)當(dāng)管道上某點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，在泄漏處將引起壓力降，形成一個(gè)負(fù)壓力波。該壓力波將以一定的波速向管道兩端傳播，經(jīng)過(guò)若干時(shí)間分別傳到管道兩端的壓力變送器。根據(jù)壓力變送器檢測(cè)到的壓力波形特征就判斷是否發(fā)生了泄漏，根據(jù)壓力波傳到壓力變送器的時(shí)間差就可以對(duì)泄漏點(diǎn)定位。

GIS的負(fù)壓波泄漏檢測(cè)系統(tǒng)

集油管網(wǎng)泄漏檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用SCADA系統(tǒng)動(dòng)態(tài)采集在線數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程終端將采集的流量、壓力、溫度等參數(shù)傳送至中心調(diào)度室的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)，綜合判斷管線是否有泄漏發(fā)生，并對(duì)泄漏點(diǎn)定位，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，最后將檢測(cè)結(jié)果傳送至頭臺(tái)油田集油管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，泄漏點(diǎn)位置在管線圖中以高亮顯示。此后，可對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行緩沖區(qū)分析、最短路徑分析等，使檢測(cè)分析結(jié)果快速直觀的顯示在用戶面前，并且為決策者準(zhǔn)確高效地制定應(yīng)急措施提供了決策支持，大大縮短了確定方案的時(shí)間，提高了事故處理能力。

整個(gè)泄漏檢測(cè)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度在100km以內(nèi)的管道，滿足以下四種技術(shù)指標(biāo)：（1）測(cè)漏靈敏度小于管道流量的1.5%；（2）定位誤差小于管道長(zhǎng)度的1%；（3）系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間小于120s；（4）誤報(bào)警率小于5%。

泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用可以減少偷盜油案件的發(fā)生，減少巡線工作量，提高油氣管道的現(xiàn)代化管理水平。勝利油田、遼河油田、中原油田等輸油管線使用智能泄漏檢測(cè)系統(tǒng)后，及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響管道安全運(yùn)行的隱患，有力地打擊了盜油分子的囂張氣焰，避免重大安全及環(huán)境污染事故的發(fā)生，為管道的安全運(yùn)行提供了保證，減少了企業(yè)效益流失，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本文基于GIS 的輸油管道泄漏診斷系統(tǒng)還處于初步研制試驗(yàn)階段，系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊還須在今后的工作中不斷改進(jìn)、加強(qiáng)和完善。在模擬試驗(yàn)中，管道泄漏定位取得良好效果，得到以下結(jié)論：

（1）通過(guò)故障識(shí)別系統(tǒng)，能準(zhǔn)確判斷出檢測(cè)參數(shù)變化的原因，從而確定管道是否泄漏。

（2）在較短時(shí)間內(nèi)判斷出發(fā)生泄漏的管段并計(jì)算出泄漏位置，達(dá)到了較高的定位精度。為泄漏事故的及時(shí)檢修提供方便，將最大限度地減少經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)，盡可能地避免環(huán)境污染和安全事故的發(fā)生。