管道壓力異常情況監(jiān)測(cè)和診斷分析

李 靜，周 力，劉 儀

(中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司寧波輸油處，浙江寧波 315000)

我國(guó)的管道運(yùn)輸業(yè)是與鐵路、公路、航空、水運(yùn)并駕齊驅(qū)的五大運(yùn)輸行業(yè)之一，主要用于石油、天然氣、液化石油氣、化工原料等能源輸送，具有一次性投資少、運(yùn)輸成本低、安全性高、利于環(huán)保等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸命脈之一。

目前，我國(guó)相當(dāng)一部分輸油管線(xiàn)已經(jīng)逐漸步入老齡期，由于腐蝕、意外損壞或第三方施工破壞等原因，管線(xiàn)泄漏事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)秩序，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。加之站間距較長(zhǎng)、沿線(xiàn)地理環(huán)境復(fù)雜，盜油犯罪團(tuán)伙一般在夜間作案，地點(diǎn)隱蔽而且經(jīng)過(guò)偽裝掩飾，常規(guī)巡線(xiàn)難以發(fā)現(xiàn)，致使損失擴(kuò)大并增加了導(dǎo)致危險(xiǎn)性事故的可能性。

中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司新鄉(xiāng)輸油處所轄中洛線(xiàn)1992年投產(chǎn)，全長(zhǎng)286.1 km，設(shè)計(jì)年輸量500×104t，2002年實(shí)現(xiàn)了混合原油密閉輸送，2008年實(shí)現(xiàn)了輸油生產(chǎn)遠(yuǎn)程控制。2006年前后，管道遭打孔盜油現(xiàn)象非常嚴(yán)重，輸油生產(chǎn)面臨非常嚴(yán)峻的形勢(shì)。為了能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)到泄漏事故的發(fā)生、有效扼制盜油犯罪現(xiàn)象、維護(hù)管道的正常運(yùn)行，新鄉(xiāng)輸油處聯(lián)合天津大學(xué)共同研發(fā)了“中原-洛陽(yáng)原油管線(xiàn)泄漏監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)”，并利用現(xiàn)有的科技手段，不斷探討人防、技防措施，歷經(jīng)兩次升級(jí)改造后，在中洛線(xiàn)得到廣泛應(yīng)用，特別是在2016年的“3·30”“6·24”兩起盜油案件中起到了關(guān)鍵作用，有效避免了管道大面積跑油現(xiàn)象發(fā)生。

1 負(fù)壓波法管道泄漏定位原理[1]

管線(xiàn)泄漏監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)利用負(fù)壓波原理，即當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)處由于管道內(nèi)外的壓差，液體迅速流失，管內(nèi)流體壓力突然下降，泄漏點(diǎn)兩邊的液體由于存在壓差而向泄漏點(diǎn)補(bǔ)充，產(chǎn)生的壓力波由泄漏處沿管道向上、下游傳播，相當(dāng)于漏點(diǎn)處產(chǎn)生了以一定速度傳播的負(fù)壓波。設(shè)置在泄漏點(diǎn)兩端的傳感器拾取壓力波信號(hào)，并將采集的壓力信號(hào)發(fā)送到中控室進(jìn)行分析處理，利用負(fù)壓波通過(guò)上下游測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間差以及負(fù)壓波在管線(xiàn)中的傳播速度，可以確定泄漏位置[1]。

2 中原-洛陽(yáng)原油管線(xiàn)泄漏監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)分析與應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)分別安裝于中洛線(xiàn)濮陽(yáng)、滑縣、衛(wèi)輝、新鄉(xiāng)、武陟、溫縣、洛陽(yáng)的7套子站裝置和新鄉(xiāng)調(diào)度中心裝置2個(gè)部分。各子站的裝置包括油壓、油溫等變送器、站控計(jì)算機(jī)、信號(hào)調(diào)理器、信號(hào)采集卡和調(diào)制解調(diào)器等，不間斷采集原油的壓力、溫度信號(hào)，監(jiān)視管道的運(yùn)行狀況。新鄉(xiāng)調(diào)度中心包括工控機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、調(diào)制解調(diào)器通訊所需的多串口卡。系統(tǒng)的中心站和子站之間利用現(xiàn)有的微波系統(tǒng)建立了實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)，各子站工控機(jī)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)叫锣l(xiāng)處調(diào)度中心計(jì)算機(jī)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)判斷

輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要根據(jù)采集到的壓力信號(hào)序列，實(shí)時(shí)分析壓力信號(hào)的變化趨勢(shì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行狀態(tài)。初步判斷為事故發(fā)生時(shí)，發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)，提示工作人員注意。系統(tǒng)對(duì)初步分析發(fā)現(xiàn)的故障狀況進(jìn)一步細(xì)化分析，確定故障類(lèi)型。在管道泄漏監(jiān)測(cè)的過(guò)程中采用了信號(hào)自動(dòng)分段技術(shù)。新鄉(xiāng)輸油處調(diào)度中心計(jì)算機(jī)綜合各站信息判斷是否有泄漏發(fā)生，并對(duì)漏點(diǎn)定位。經(jīng)多年現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，該系統(tǒng)反應(yīng)靈敏、誤報(bào)率較低，定位誤差在500 m左右。

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用

2.3.1泄漏定位

2008年底,中洛線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了輸油生產(chǎn)遠(yuǎn)程集中控制，為了確保管道安全運(yùn)行，對(duì)泄漏定位系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了站站定位功能。

正常生產(chǎn)運(yùn)行中，值班調(diào)度根據(jù)異常壓力波動(dòng)第一時(shí)間分析原因，在排除工藝影響的前提下，第一時(shí)間進(jìn)行泄漏定位，并嚴(yán)格執(zhí)行三級(jí)巡線(xiàn)制度。若管線(xiàn)異常壓降在0.01 MPa以上、持續(xù)0.5 h不回升，而且相關(guān)泵站巡線(xiàn)沒(méi)有結(jié)果，且初步判斷為跑油時(shí)，應(yīng)立即向調(diào)度長(zhǎng)匯報(bào)，請(qǐng)示停輸巡線(xiàn)，并安排搶修隊(duì)伍待命；若管線(xiàn)突然壓降在0.2 MPa或以上時(shí)，值班調(diào)度可立即進(jìn)行全線(xiàn)緊急停輸、泄壓操作，同時(shí)通知相關(guān)站隊(duì)巡線(xiàn)、搶修隊(duì)伍待命，防止大面積跑油事故發(fā)生。

以2009年為例，中洛線(xiàn)全年遭打孔破壞12次，由處調(diào)度定位、三天之內(nèi)在現(xiàn)場(chǎng)找到的有 4次，當(dāng)時(shí)沒(méi)找到、但有定位記錄、后來(lái)找到隱蔽閥門(mén)的5次，占打孔盜油總次數(shù)的75%。

近幾年，隨著反打工作的高壓態(tài)勢(shì)不斷升級(jí)、泄漏定位技術(shù)的逐漸成熟，中洛線(xiàn)遭打孔盜油現(xiàn)象明顯減少，但2016年3月24-27日，不法分子在新鄉(xiāng)站進(jìn)站段連續(xù)作案，處值班調(diào)度及時(shí)定位、果斷停輸，新鄉(xiāng)處積極組織巡線(xiàn)、蹲點(diǎn)、拉網(wǎng)式排查，于3月30日現(xiàn)場(chǎng)抓獲盜油車(chē)一輛；“6·24”案件現(xiàn)場(chǎng)抓獲3名盜油分子、2輛車(chē)，兩起盜油案件的快速破獲，避免了更大的經(jīng)濟(jì)損失和大面積跑油事故的發(fā)生，泄漏定位系統(tǒng)起到了關(guān)鍵性作用。

2.3.2壓降分析

中洛線(xiàn)目前是常溫、密閉、混輸中原油和進(jìn)口油，正常運(yùn)行中，因管道清管、調(diào)配輸比例、來(lái)油溫度變化、油品切換及設(shè)備啟停操作等經(jīng)常引起全線(xiàn)壓力波動(dòng)，同時(shí)，也常多次出現(xiàn)不明原因的異常壓力波動(dòng)，而且持續(xù)時(shí)間不等、沒(méi)有規(guī)律可循。為了摸清壓降原因及變化趨勢(shì)，新鄉(xiāng)處成立了異常壓降分析小組，本著“一點(diǎn)一分析”的原則，組織生產(chǎn)、管道、安全及各站相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行壓降圖形分析，對(duì)調(diào)度初期分析、處置措施、后期分析、排查結(jié)果等每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，研究制定相應(yīng)防范措施。以濮陽(yáng)為例，中原油田來(lái)油溫度變化或設(shè)備啟停操作時(shí)，都會(huì)對(duì)濮陽(yáng)站進(jìn)、出泵壓力造成很大影響，其中，中原油溫度變化對(duì)壓力造成的影響尤為明顯。每次溫度變化引起的壓降最高可達(dá)0.04 MPa，且泄漏定位系統(tǒng)能定出疑似打孔盜油點(diǎn)，從圖形上看，跟管道被盜油后的圖形非常相似。經(jīng)多次分析、探討，并多次與油田溝通，最終都能排除異常。

目前，異常壓降分析已經(jīng)成為新鄉(xiāng)輸油處調(diào)度一項(xiàng)重要日常工作，如何做好壓降分析、怎樣用最短時(shí)間排除管道異常，也是每一名生產(chǎn)管理者面臨的問(wèn)題。新鄉(xiāng)輸油處通過(guò)不斷加強(qiáng)管道的日常管理和監(jiān)控、加強(qiáng)值班調(diào)度分析判斷能力、完善泄漏定位系統(tǒng)、強(qiáng)化管控措施等，以確保中洛線(xiàn)安全運(yùn)行。

2.3.3防范措施

因中洛線(xiàn)打孔盜油現(xiàn)象屢禁不止，為了減少盜油事件的發(fā)生，新鄉(xiāng)輸油處堅(jiān)持企警聯(lián)防政策，重新修訂管道巡護(hù)細(xì)則及獎(jiǎng)懲辦法，加大泄漏定位管控力度，本著“寧可錯(cuò)定、不可漏定”的原則，多次調(diào)低泄漏定位系統(tǒng)報(bào)警點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證，最終確定壓降0.01 MPa報(bào)警最為合理。既做到了防患于未然，又減少了誤報(bào)率。

日常工作中，新鄉(xiāng)輸油處調(diào)度負(fù)責(zé)泄漏監(jiān)控、異常壓降定位、數(shù)據(jù)收集、巡線(xiàn)信息跟蹤等，并制定了《處泄漏定位管理辦法》及《三級(jí)巡檢制》。2013年，新鄉(xiāng)輸油處將泄漏定位數(shù)據(jù)整合到數(shù)字化管道平臺(tái)，運(yùn)用GPS巡線(xiàn)系統(tǒng)，結(jié)合管道GIS坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)事故發(fā)生概率評(píng)價(jià)結(jié)果，設(shè)定科學(xué)合理的巡檢路線(xiàn)和計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡線(xiàn)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)督管理，在準(zhǔn)確及時(shí)定位發(fā)現(xiàn)事故點(diǎn)位置的同時(shí)，提高了搶維修反應(yīng)效率。

2.4 異常壓力圖形分析

2.4.1盜油壓力圖形

2015年3月31日，中洛線(xiàn)06∶04壓力異常下降0.08 MPa，定位在濮陽(yáng)出站2.00 km處可能發(fā)生泄漏(圖1)，立即組織三級(jí)巡線(xiàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常；因當(dāng)時(shí)類(lèi)似現(xiàn)象多次發(fā)生，且主要壓降點(diǎn)集中在濮陽(yáng)出站段0～3 km，即便利用外管道檢測(cè)儀器對(duì)可疑點(diǎn)進(jìn)行多次檢測(cè)也未見(jiàn)異常；新鄉(xiāng)輸油處組織召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議分析盜油特點(diǎn)、研究解決方案，2015年4月份對(duì)濮陽(yáng)出站0～5 km進(jìn)行重點(diǎn)開(kāi)挖驗(yàn)證，5月14日，在中洛線(xiàn)濮陽(yáng)出站1.1 km處挖出一個(gè)盜油閥，引管200 m，無(wú)泄漏，全線(xiàn)停輸2.1 h對(duì)其進(jìn)行摘除?，F(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，盜油閥和盜油引管均做了防腐處理，一定程度上影響了管道泄漏定位系統(tǒng)及檢測(cè)儀器的準(zhǔn)確判斷。

圖1 泄漏點(diǎn)確定

2016年3月30日0∶00-01∶39，衛(wèi)輝-新鄉(xiāng)段管道壓力異常下降0.02 MPa，定位在衛(wèi)輝出站39.81 km，從圖形(圖2)上分析為典型的盜油曲線(xiàn)，新鄉(xiāng)處快速反應(yīng)、企警聯(lián)動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)抓獲3名盜油分子、2輛盜油車(chē)。

圖2 圖形分析

2.4.2溫度影響壓力波動(dòng)圖形

2014年10月份前后，中洛線(xiàn)管道發(fā)生壓力異常下降比較頻繁，主要壓降點(diǎn)集中在濮陽(yáng)出站段。經(jīng)分析認(rèn)為，影響中洛線(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行的主要因素除了打孔盜油外，還有首站來(lái)油參數(shù)變化，包括中原油來(lái)油溫度變化、進(jìn)口油油品切換操作、中原油和進(jìn)口油設(shè)備啟停操作等。這些外界因素會(huì)導(dǎo)致濮陽(yáng)出站壓力變化明顯，但每次壓力變化時(shí)，因?yàn)闇囟茸兓^慢，反映到SCADA系統(tǒng)趨勢(shì)圖(圖3)上，就會(huì)比壓力曲線(xiàn)滯后，一定程度上影響了值班調(diào)度初期研判。

2.4.3清管球進(jìn)站壓力波動(dòng)圖形

前些年，中洛線(xiàn)因打孔盜油等外界因素經(jīng)常頻繁停輸，因此，在深入研究停輸再啟動(dòng)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持定期清蠟對(duì)中洛線(xiàn)的安全生產(chǎn)具有很重要的實(shí)用意義。為提高管輸能力、防止初凝事故的發(fā)生，中洛線(xiàn)多年堅(jiān)持定期清蠟措施，即每月1號(hào)和15號(hào)濮陽(yáng)至洛陽(yáng)全程清蠟各一次，并制訂了嚴(yán)密的清蠟方案。管線(xiàn)清蠟后各站壓力除濮陽(yáng)外均有不同程度的升高，以新鄉(xiāng)站最為明顯，清蠟后壓力升高約0.3 MPa；全線(xiàn)運(yùn)行的輸油泵電流普遍上升，中洛線(xiàn)輸量增長(zhǎng)10～20 m3/h左右。

2.4.4出站管線(xiàn)放油壓力波動(dòng)圖形

為了排除小流量盜油，在濮陽(yáng)出站取樣口進(jìn)行放油試驗(yàn)，壓降并不是很明顯，定位存在很大誤差。

2.4.5洛陽(yáng)倒罐壓力波動(dòng)圖形

在正常運(yùn)行中，洛陽(yáng)煉廠(chǎng)倒罐引起的壓力波動(dòng)更是不可避免，比如2016年6月13日，煉廠(chǎng)08∶55倒罐造成中洛線(xiàn)溫縣-洛陽(yáng)段管道壓降0.08 MPa、定位45.03 km(進(jìn)站0.22 km)可能發(fā)生泄漏，壓力波動(dòng)曲線(xiàn)與疑似盜油曲線(xiàn)非常相似。

圖3 趨勢(shì)圖

2.5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)上述各種壓降情況，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下。

a) 中洛線(xiàn)所輸油種比較復(fù)雜，油品物性參差不齊，在輸送過(guò)程中，因油品流速、黏度、密度等參數(shù)不同，會(huì)引起波速的變化，反映到壓力曲線(xiàn)上，就會(huì)造成不同程度的波動(dòng)。

b) 中原油田來(lái)油溫度變化或進(jìn)行設(shè)備啟停操作時(shí)，都會(huì)對(duì)中洛線(xiàn)濮陽(yáng)首站進(jìn)、出泵壓力造成很大影響，其中，中原油溫度變化對(duì)壓力造成的影響尤為明顯。每次溫度變化引起的壓降一般在0.01～0.03 MPa之間，壓力上升最高可達(dá)0.04 MPa，且泄漏定位系統(tǒng)能定出疑似打孔盜油點(diǎn)，從圖形上看，跟管道被盜油后的圖形非常相似。經(jīng)多次分析、探討，并多次與油田溝通，最終都能排除異常。

c) 臨濮線(xiàn)進(jìn)口油停輸或倒進(jìn)罐流程時(shí)，也會(huì)造成中洛線(xiàn)濮陽(yáng)來(lái)油斷流、進(jìn)站壓力下降，導(dǎo)致濮陽(yáng)站外輸泵直接抽罐里存油、出站壓力瞬間下降。此時(shí)，泄漏定位系統(tǒng)也能定出疑似打孔盜油點(diǎn)，從圖形上看，很像管道被打孔盜油的趨勢(shì)圖。經(jīng)仔細(xì)分析并與聊城調(diào)度溝通后，能夠排除外管道異常。

d) 洛陽(yáng)煉廠(chǎng)倒罐作業(yè)引起的壓力波動(dòng)非常明顯，而且都能定位出可疑泄漏點(diǎn)，由此判斷泄漏定位系統(tǒng)存在偏差，但如果不能確認(rèn)煉廠(chǎng)方面有相關(guān)操作，新鄉(xiāng)輸油處必須第一時(shí)間采取巡線(xiàn)措施。

3 存在問(wèn)題和建議

a) 打孔盜油形勢(shì)不容小覷。近幾年，雖然公司所轄輸油管道打孔盜油案件大幅降低，但還不能徹底杜絕，有的盜油分子利用外接管線(xiàn)盜油，最長(zhǎng)超過(guò)2 000 m，此時(shí)的管道工況變化規(guī)律相當(dāng)于在主管道下游敷設(shè)了一條副管后的工況規(guī)律。如果閥門(mén)緩慢打開(kāi)，全線(xiàn)所有輸油站的進(jìn)出站壓力都沒(méi)有明顯的壓力下降現(xiàn)象，隨著壓力波的衰減對(duì)上下站均不會(huì)造成任何大的影響，更不會(huì)報(bào)警。有的不法分子還對(duì)盜油閥門(mén)進(jìn)行防腐處理，這給泄漏定位、巡線(xiàn)排查甚至搶修工作都增加了很大難度。

b) 管道泄漏定位精度有待提高。近幾年，不法分子改變了以往的盜油模式，大多數(shù)采用從盜油閥上外引管線(xiàn)小流量泄漏進(jìn)行長(zhǎng)期盜油方式。閥門(mén)內(nèi)漏、腐蝕穿孔和小流量盜油引起的管線(xiàn)壓降變化不明顯，現(xiàn)有的泄漏定位系統(tǒng)，通過(guò)采集泄漏點(diǎn)前后的壓力波變化很難精確定位，甚至無(wú)法進(jìn)行定位。如果管線(xiàn)泄漏不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和確定泄漏位置，不能及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和處理，很可能會(huì)發(fā)生大量原油外泄。

c) 鑒于上述原因，建議在打孔盜油頻繁的管段安裝超聲波流量計(jì)，為現(xiàn)有的泄漏定位系統(tǒng)提供瞬時(shí)流量和累計(jì)流量信號(hào)，根據(jù)瞬時(shí)流量的變化，準(zhǔn)確判斷管道是否發(fā)生泄漏，提高定位的精確度和準(zhǔn)確度。

d) 推廣應(yīng)用管道雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對(duì)現(xiàn)有報(bào)警設(shè)備的不足以及不法分子的作案特點(diǎn)，首次將雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用到油氣管道防護(hù)，突破了管道防護(hù)的傳統(tǒng)理念和技術(shù)，對(duì)預(yù)防打孔盜油、違章占?jí)?、第三方破壞等危害管道行為以及推進(jìn)輸油管道站場(chǎng)完整性管理具有重要意義。