自動化技術(shù)在油氣管道完整性管理中的應(yīng)用

李珩

摘 要：隨著我國油氣管道建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，對輸油管道進(jìn)行檢測、監(jiān)視、控制和管理來保證輸油安全、穩(wěn)定越發(fā)重要，管道自動化技術(shù)成為實(shí)施管道完整性管理的重要步驟。本文通過對SCADA系統(tǒng)以及油氣管道完整性管理進(jìn)行淺析，并對自動化技術(shù)在油氣管道完整性管理中應(yīng)用進(jìn)行論述，進(jìn)一步的闡明自動化技術(shù)在油氣儲運(yùn)工程中的應(yīng)用，借此對油氣管道的安全性以及管理效率進(jìn)行改進(jìn)，并有效的改善相關(guān)的工作條件，提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：自動化技術(shù)；油氣管道；完整性管理

引言：

近年來，由于我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使我國的能源的消耗越來越大，對石油以及天然氣的需求也進(jìn)一步加大，這使我國的石油天然氣行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，且油氣管道的建設(shè)速度也進(jìn)一步加快，我國的油氣管道總長已達(dá)到了7.5萬公里。但是石油管道不僅受自身腐蝕老化的威脅，還要遭受到被打孔盜油的威脅，這對油氣管道的安全運(yùn)行造成了極其嚴(yán)重的威脅。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展的前提下，遠(yuǎn)程控制也得到了實(shí)現(xiàn)，油氣管道完整性管理中最為重要的一部分就是利用實(shí)時(shí)監(jiān)測、監(jiān)控以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA，對其進(jìn)行本地或者遠(yuǎn)程的自動化控制和能夠?qū)崟r(shí)采集管道數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的減少油氣在傳輸過程中的浪費(fèi)，對其管道安全進(jìn)行有效的監(jiān)控與保護(hù)。

一、SCADA系統(tǒng)淺析

SCADA系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的一種自動化系統(tǒng)，它能夠?qū)ΜF(xiàn)場的設(shè)備以及生產(chǎn)過程，實(shí)時(shí)地進(jìn)行控制和監(jiān)視，從而實(shí)數(shù)據(jù)的采集與整理、控制設(shè)備、調(diào)整各種參數(shù)等多種功能[1]。其優(yōu)越性使得SCADA系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用中，具有廣泛的使用范圍。在油氣管道SCADA系統(tǒng)中，對其配置的硬件及軟件系統(tǒng)一般是按高標(biāo)準(zhǔn)控制管理水平進(jìn)行配置，以最大的可能性來保障系統(tǒng)的安全、可靠的運(yùn)行。SCADA系統(tǒng)對整個(gè)運(yùn)輸管道系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。其主要的系統(tǒng)功能如下：

1.操作員權(quán)限控制：確認(rèn)操作人員的身份信息，記錄操人員的工作行為；

2.數(shù)據(jù)采集和處理：對數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理，并進(jìn)行歸檔；

3.設(shè)備的操作：對設(shè)施能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)視和控制，從而保障系統(tǒng)可以安全運(yùn)行；

4.報(bào)警管理：對所發(fā)生的事件、報(bào)警事件進(jìn)行存儲以及記錄；

5.監(jiān)控畫面：對工作的歷程能夠進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的顯示和記錄；

6.對操作、事件進(jìn)行記錄：對工作管理人員的操作時(shí)間、何種操作、設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)以及設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間進(jìn)行記錄；

7.將數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，并生成所需要的報(bào)表。

二、油氣管道完整性管理淺析

油氣管道的完整性主要指，管道必須處于安全的、可受控的工作狀態(tài)；相關(guān)的管理人員可以采取相應(yīng)的預(yù)防措施，防止管道事故的發(fā)生。管理人員依據(jù)不斷變化的因素，對油氣管道所將要面對的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識別，并做出技術(shù)評價(jià)，制定相關(guān)的控制風(fēng)險(xiǎn)方案，并不斷的進(jìn)行改善，進(jìn)而將管道管理的風(fēng)險(xiǎn)控制在合理范圍內(nèi)。利用監(jiān)測、檢測、校驗(yàn)等方式，得到完整的管道專業(yè)化管理的信息，對管道正常使用的威脅因素進(jìn)行檢測、檢驗(yàn)，并對管道整體性進(jìn)行評估，最終達(dá)到管道可以正常、安全使用的目的[2]。油氣管道的完整性管理體現(xiàn)了安全管理的時(shí)間、數(shù)據(jù)以及管理過程的完整性和靈活性的特點(diǎn)。

三、自動化技術(shù)在油氣管道完整性管理中的應(yīng)用

（一）管道泄露以及檢測

1.瞬態(tài)負(fù)壓波檢漏

采用瞬態(tài)負(fù)壓波法對油氣突發(fā)性泄漏進(jìn)行檢測與定位的原理是：當(dāng)管道出現(xiàn)泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)的流體受到管道內(nèi)外的壓差，進(jìn)而迅速的流失；泄漏處會產(chǎn)生負(fù)壓波，負(fù)壓波在上下游進(jìn)行傳播，并逐步的衰退。安裝在管道上下游的壓力傳感器，會監(jiān)測出管道壓力參數(shù)變化的數(shù)值，這樣就可以判斷是否發(fā)生泄露，依據(jù)負(fù)壓力波傳播的時(shí)間差以及傳播速度可以確定泄漏點(diǎn)的位置。由于距上游泵站的距離越遠(yuǎn)，泵站所能反映的泄漏壓降就越小，壓降檢漏法的靈敏度最小，泄漏點(diǎn)在泵站附近時(shí)較為準(zhǔn)確。值得注意的是，在泵站進(jìn)行管線正常操作時(shí)，壓力也會有所變化，因此壓力變化率報(bào)警應(yīng)不納入考慮范圍，以免出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷[3]。

2.流量偏差檢測

實(shí)踐表明，當(dāng)泄漏點(diǎn)處的壓力突降時(shí)，應(yīng)使用瞬態(tài)負(fù)壓力波進(jìn)行泄漏檢測。一般情況下，大管道發(fā)生事故都具有這種特征；但是，對于一般狀態(tài)下發(fā)生的事故或已經(jīng)發(fā)生的事故，這種方法便不再適用，應(yīng)采用流量輸差檢漏來進(jìn)行檢測。依據(jù)體積平衡的原理，充分的考慮溫度、壓力等因素使管線體積的改變，單位時(shí)間內(nèi)出入口的體積差應(yīng)當(dāng)在一定的范圍內(nèi)發(fā)生變化，當(dāng)這一差值超出一定范圍時(shí)，就可以判斷管道是否發(fā)生了泄漏。與壓力變化率報(bào)警相近，流量偏差報(bào)警信號可以在相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上取平均，并在檢測到非操作變化，比如泄漏，采用報(bào)警限制數(shù)值：再在一些口徑較大的油氣長輸管線中，在各個(gè)泵站的出入口裝有流量計(jì)；如果上游泵站的流量增大，但是下游泵站的流量減少，則可能發(fā)生泄露，流量變化的對比可幫助流量平衡檢漏的靈敏度進(jìn)一步提高。

（二）腐蝕檢測以及保護(hù)

在對油氣管道進(jìn)行腐蝕檢測與保護(hù)時(shí)，要利用陰極保護(hù)原理。陰極保護(hù)原理的定義是，使腐蝕電位降低，以達(dá)到電化學(xué)保護(hù)的目的。陰極保護(hù)是利用外加陰極電流，將金屬整體陰極化來完成的。陰極保護(hù)抹除了被腐蝕的表面上陽極、陰極的電位差；然后利用陰極保護(hù)，使陽極和構(gòu)件之間形成電位差，這時(shí)陰極保護(hù)用陽極所處的電位比結(jié)構(gòu)件表面上任意一點(diǎn)的電位都更負(fù)。因此，結(jié)構(gòu)件就成為了新腐蝕電池的陰極，陰極保護(hù)用陽極可以被腐蝕，但作為陰極的結(jié)構(gòu)件不發(fā)生腐蝕。

1.犧牲陽極法

在被保護(hù)的金屬管道上偶接一種電位更負(fù)的金屬或合金作為陽極，形成一個(gè)全新的腐蝕電池。由于原管道上的腐蝕電池陽極的電極電位比犧牲陽極的電位要正，那么整個(gè)管道就成為陰極，在腐蝕媒介中憑借負(fù)電位的金屬不斷溶解而產(chǎn)生的陰極電流使被保護(hù)體陰極極化，這就是犧牲陽極法陰極保護(hù)[4]。

2.外加電流法

被保護(hù)的金屬與外接的直流電源的負(fù)極相連接，將輔助的陽極與電源的正極相連接，將被保護(hù)的金屬體的陰極進(jìn)行極化，使被保護(hù)的金屬整體變?yōu)殛帢O。這種方式的陰極保護(hù)系統(tǒng)由輔助陽極、直流電源，以及控制、監(jiān)測保護(hù)電位的參比電極所組成。和直流電源的正極相連接的電極被稱為輔助陽極，它的作用是組成電流回路。

（三）油氣管道水擊以及監(jiān)控

當(dāng)油氣長輸管道泵閥狀態(tài)發(fā)生變化，其它機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)、機(jī)組因動力故障而發(fā)生一系列變化，如自行停機(jī)、泵發(fā)生氣蝕、調(diào)節(jié)輸量、空氣進(jìn)入到泵內(nèi)或管道等情況時(shí)，就可能發(fā)生水擊的情況。監(jiān)控并預(yù)防水擊的方法主要有：

1.為使原油進(jìn)站壓力穩(wěn)定，同時(shí)防止水擊的發(fā)生，其長輸管道在關(guān)鍵位置均設(shè)有自動調(diào)節(jié)壓力的系統(tǒng)。壓力控制的設(shè)定值由SCADA系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定或是依據(jù)實(shí)際的參數(shù)計(jì)算得出。

2.需要配備水擊泄放系統(tǒng)，增加可靠性。當(dāng)上游壓力突然升到所設(shè)定的水擊泄放臨界時(shí)，泄放閥自動啟動，油氣將被泄放到下游或是連接的泄壓罐內(nèi)。水擊泄放系統(tǒng)一般有兩個(gè)泄放閥，其中一個(gè)是備用；泄放閥的上游各自有—個(gè)電動的球閥，停輸時(shí)由SCADA系統(tǒng)進(jìn)行控制。

四、結(jié)束語

由于SCADA等自動化技術(shù)可以對油氣管道內(nèi)的泄漏、腐蝕、水擊等情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)視，并能及時(shí)的報(bào)警、定位。同時(shí)，還可以進(jìn)行人工核實(shí)，進(jìn)而提高了檢測的準(zhǔn)確性，減少了硬件投資，降低了相應(yīng)的成本。自動化系統(tǒng)在油氣長輸管線的應(yīng)用，使油氣儲運(yùn)工程的自動化水準(zhǔn)得到了有效提升，為油氣管道的安全運(yùn)行提供了可靠的保障。隨著我國油氣管道的進(jìn)一步建設(shè)，這項(xiàng)應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]張宗超，孫平.漸進(jìn)式清管策略在海上油氣田海底管道完整性管理中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2018，v.37；No.323（07）：60-62.

[2]劉鈺.芻議油氣管道完整性管理技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].化工管理，2018，No.487（16）：165.

[3]張淼.油氣管道完整性管理探討與分析[J].化工管理，2018，No.483（12）：174.

[4]丁博.基于GIS技術(shù)的油氣管道完整性管理分析[J].石化技術(shù)，2017（9）.