負(fù)壓波法管道泄漏監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)的應(yīng)用

艾信，段新海，喬守武，趙天福，史建國

（中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采油廠，陜西靖邊718500）

智能油化工程

負(fù)壓波法管道泄漏監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)的應(yīng)用

艾信，段新海，喬守武，趙天福，史建國

（中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采油廠，陜西靖邊718500）

近年來本廠多次發(fā)生大型輸油管線泄漏事故，不但帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且造成十分嚴(yán)重的環(huán)境污染和負(fù)面新聞?shì)浾?。針?duì)上述存在的問題，本文以負(fù)壓波為原理，以LABVIEW與MATLAB為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合傳感器技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和通信技術(shù)，設(shè)計(jì)研發(fā)了輸油管道泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)，并在現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)用。

負(fù)壓波法；管道；監(jiān)測(cè)

原油輸送管道是油田生產(chǎn)的生命線，管線發(fā)生穿孔，其經(jīng)濟(jì)損失非常巨大。如果采取先進(jìn)的科技手段，對(duì)輸油管線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，迅速準(zhǔn)確的判斷出泄漏位置。就能使突發(fā)事件得到及時(shí)處理，使損失降到最低。

市場(chǎng)上有部分公司研制管道泄漏監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)，其實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境多為理想的輸送液體管道。市場(chǎng)產(chǎn)品實(shí)用性不強(qiáng)，同時(shí)安裝費(fèi)用較高，只能對(duì)重點(diǎn)輸油管線加裝。所以，打破這種技術(shù)壟斷，研發(fā)適用于長(zhǎng)慶油田輸油管道在線監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。

1 負(fù)壓波法管道泄漏監(jiān)測(cè)定位實(shí)驗(yàn)研究

1.1 搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境

選取鐮三增至鐮一轉(zhuǎn)管線作為測(cè)試管線，管線全長(zhǎng)3 500 m。在途經(jīng)林79-75井組處，將管線開小孔，直徑3 mm，距離鐮一轉(zhuǎn)1 500 m，加裝泄漏仿真閘門，用來模擬管線泄漏（見圖1）。

1.2 驗(yàn)證負(fù)壓波的存在性

圖1

將實(shí)驗(yàn)管線用清水打壓至2.6 MPa，依托SCADA系統(tǒng)采樣，采用LABVIEW與MATLAB搭建泄漏監(jiān)測(cè)平臺(tái)，融合小波變換算法，經(jīng)過20多次放油測(cè)試，發(fā)現(xiàn)每次實(shí)驗(yàn)均能測(cè)到負(fù)壓波，但是因SCADA系統(tǒng)采樣頻率太低（1 Hz），無法實(shí)現(xiàn)定位功能。

1.3 研發(fā)泄漏監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)

1.3.1 泄漏監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以數(shù)據(jù)采集卡為處理核心，研制小型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用來實(shí)時(shí)采集被監(jiān)測(cè)輸油管線兩端壓力傳感器壓力值（見圖2）。

1.3.2 泄漏監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)通過LABVIEW平臺(tái)G語言開發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)上、下游壓力信號(hào)同步采集；利用MATLAB平臺(tái)M腳本編程，實(shí)現(xiàn)基于圖像處理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，精確判斷壓力變化拐點(diǎn)，測(cè)定泄漏位置。

1.4 靜止承壓管線測(cè)試

封堵實(shí)驗(yàn)管線兩端，將管線用清水打壓至2.6 MPa，然后將研制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝至管線兩端，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)壓力信號(hào)。然后通過放空閘門放水，開展40余次泄漏測(cè)試，兩端均能監(jiān)測(cè)到負(fù)壓波，并能判定泄漏位置，得出負(fù)壓波的傳輸速度約1 000 m/s（見表1）。

1.5 正常輸油管線測(cè)試

1.5.1 前階段實(shí)驗(yàn)將原油導(dǎo)入輸油管線，在林79-75井組處放油測(cè)試，測(cè)試40余次，發(fā)現(xiàn)在鐮三增處可測(cè)到負(fù)壓波，但在鐮一轉(zhuǎn)處無法測(cè)到負(fù)壓波。經(jīng)過細(xì)致分析，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因就是管線末端存在較大的高程差，放油點(diǎn)海拔高度1 409 m，鐮一轉(zhuǎn)處海拔1 367 m，流體重力效應(yīng)，導(dǎo)致管線未充滿，屬于半滿輸油狀態(tài)，負(fù)壓波無法傳輸至鐮一轉(zhuǎn)，導(dǎo)致無法有效定位。

1.5.2 后階段實(shí)驗(yàn)通過在鐮一轉(zhuǎn)處，加裝自力式壓力調(diào)節(jié)閥，適度提升原油進(jìn)站壓力至0.7 MPa，開展測(cè)試40余次，鐮一轉(zhuǎn)、鐮三增均能測(cè)到負(fù)壓波，并能準(zhǔn)確的定位（見表2）。

1.6 高壓注水管線測(cè)試

選取化平19配水間至化平98配水間段作為測(cè)試管段，在化平19配、化平98配兩處分水器加裝羅斯蒙特0～25 MPa高精度壓力變送器，管線途經(jīng)化十四增化123配，將化123配分水器處作為放水口，進(jìn)行泄漏模擬實(shí)驗(yàn)。管線全長(zhǎng)3 300 m，其中放水點(diǎn)距離化平19配1 910 m，放水點(diǎn)距離化平98配1 390 m（見表3）。

圖2

表1 靜止承壓管線三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 正常輸油管線三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 正常注水管線三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 結(jié)語

2.1 探索出管道泄漏監(jiān)測(cè)機(jī)理通過大量的泄漏事故以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，可以發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn)，（1）管線腐蝕泄漏壓降很小，多分布在0.02 MPa～0.05 MPa；（2）要使用負(fù)壓波法監(jiān)測(cè)管道泄漏，管線必須充滿。而實(shí)際站點(diǎn)管線走向，基本都分布在山峁溝壑之上，一般管線末端因存在較大高程差，存在正常輸油時(shí)管線半滿的狀態(tài)，導(dǎo)致負(fù)壓力波傳輸至半滿段時(shí)，全部衰減殆盡，最終無法實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)定位。

2.2 研發(fā)了一套管道泄漏監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)

研制了一套基于數(shù)據(jù)采集卡為處理核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并用LABVIEW與MATLAB混合編程的方式，設(shè)計(jì)開發(fā)了泄漏監(jiān)測(cè)算法軟件平臺(tái)，界面友好，操作簡(jiǎn)單，采樣頻率500 Hz，采樣精度±0.01%，報(bào)警響應(yīng)時(shí)間僅需數(shù)秒，定位精度小于管線全長(zhǎng)的5%。目前已在化七增、化五轉(zhuǎn)的外輸管線上試用，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，無故障發(fā)生。

2.3 壓力變送器GPRS信號(hào)傳輸可以作為管道泄漏監(jiān)測(cè)的有效手段

根據(jù)管線實(shí)際走向以及地勢(shì)，有效避開管線半滿段，可適當(dāng)在野外加裝高精度壓力變送器，通過太陽能供電，使用GPRS信號(hào)傳輸模塊，實(shí)時(shí)采集壓力，可以作為泄漏監(jiān)測(cè)的有效手段。

［1］靳世久，等.瞬態(tài)負(fù)壓波結(jié)構(gòu)模式識(shí)別法原油管道泄漏檢測(cè)技術(shù)［J］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，1998，12（1）：59-64.

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TE938.2

A

1673-5285（2017）02-0131-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.031

2017－01-20