泄漏檢測系統(tǒng)在長輸原油管道中的應(yīng)用分析

史瑤華

摘 要 本文介紹管道泄漏檢測的幾種常見方法，主要說明了負(fù)壓波法泄漏檢測系統(tǒng)的定位原理;分析了管道公司主要的兩種泄漏檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合應(yīng)用泄漏實(shí)例說明定位方法，總結(jié)得出兩種提高泄漏檢測系統(tǒng)靈敏度和定位精確度的方法。

關(guān)鍵詞 管道泄漏檢測;泄漏檢測系統(tǒng);負(fù)壓波法

1泄漏檢測的主要方法及評價(jià)

1.1 負(fù)壓波法

如果管道某處發(fā)生泄漏，泄漏處壓力會(huì)立即下降。管道內(nèi)會(huì)形成一個(gè)低于管道內(nèi)部壓力的低密度縱波，這種縱波被統(tǒng)稱叫作負(fù)壓波。產(chǎn)生的負(fù)壓波從泄漏點(diǎn)向管道兩端傳播，其傳播速度與介質(zhì)物性等因素有關(guān)。通常上下游站均安裝壓力傳感器，我們利用檢測得到的上下站收到負(fù)壓波信號(hào)的時(shí)間差和傳播速度計(jì)算泄漏點(diǎn)的位置。負(fù)壓波法主要適用于管道發(fā)生爆破性泄漏或者較大泄漏的情況。

1.2 壓力點(diǎn)分析法

正常運(yùn)行的管道，壓力及各項(xiàng)參數(shù)均會(huì)保持穩(wěn)定狀態(tài)。泄漏一旦發(fā)生，會(huì)破壞此前的穩(wěn)定狀態(tài)，并會(huì)過渡到新的穩(wěn)態(tài)。這一過程中管道中的壓強(qiáng)會(huì)隨之發(fā)生變化，并將變化的信號(hào)傳播至沿線各點(diǎn)。壓力傳感器檢測到的信號(hào)通常使用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行分析。根據(jù)信號(hào)值畫出壓力曲線的變化趨勢，與管道正常狀態(tài)的曲線趨勢做比較，從而確定是否發(fā)生泄漏。這種方法的缺點(diǎn)是需要在管道上安裝多個(gè)傳感器。

1.3 流量平衡法

可以利用進(jìn)出管道的流量數(shù)據(jù)是否平衡來判斷管道是否發(fā)生泄漏，但無法判斷泄漏點(diǎn)的具體位置。管道首末站一般均裝有流量計(jì)量設(shè)備，由于計(jì)量原理不同，誤差差別較大。流體的流量與其性質(zhì)及溫度、壓力有關(guān)，且泄漏流量相對于管道輸送量較小，所以精度較低，誤報(bào)較多，一般與其他方法配合使用。

2負(fù)壓波原理及定位方法

負(fù)壓波法靈敏度較高，定位精度較好，且易于維護(hù)，在密閉輸油管道上的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了較高的水平。該方法是基于處理分析從管段兩端壓力傳感器檢測到的包含泄漏信息的負(fù)壓波數(shù)據(jù)來檢測泄漏的發(fā)生，并利用泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波傳播到管道兩端的時(shí)間差計(jì)算出泄漏點(diǎn)具體位置。

3管道公司泄漏檢測系統(tǒng)概況

目前公司在用的管線泄漏檢測系統(tǒng)主要采用負(fù)壓波法，根據(jù)數(shù)據(jù)采集方式的不同，負(fù)壓波法又分為兩種方式：基于SCADA系統(tǒng)方式、獨(dú)立采集方式。

3.1 基于SCADA系統(tǒng)的泄漏檢測

此種方案各站不放置計(jì)算機(jī)子站，調(diào)控中心放置一臺(tái)泄漏檢測服務(wù)器，借助于SCADA系統(tǒng)，通過OPC接口與各站PLC或遠(yuǎn)控閥室RTU連接，獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如：壓力、溫度、瞬時(shí)流量等。各站根據(jù)實(shí)際需要在壓力變送器輸出到PLC或RTU的輸入端之間加裝信號(hào)調(diào)理器，對壓力信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提供有用信號(hào)。

3.2 獨(dú)立與SCADA系統(tǒng)的泄漏檢測

此種方案各站放置數(shù)據(jù)采集子站下位機(jī)，負(fù)責(zé)采集站場的負(fù)壓波數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至泄漏檢測系統(tǒng)中心站上位機(jī)。泄漏檢測中心站上位機(jī)接收子站下位機(jī)上傳過來的數(shù)據(jù)包并存盤，并對子站數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)監(jiān)測管道運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)泄漏并定位泄漏點(diǎn)位置，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。

3.3 基于SCADA系統(tǒng)采集和獨(dú)立采集兩種方式的比較

比較兩種方式，獨(dú)立采集的系統(tǒng)有以下四點(diǎn)優(yōu)勢：①數(shù)據(jù)獨(dú)立采集，不依賴SCADA系統(tǒng)，穩(wěn)定性較好。②采樣率高，數(shù)據(jù)采樣準(zhǔn)確穩(wěn)定，信號(hào)質(zhì)量好。③泄漏檢測準(zhǔn)確，響應(yīng)快，能夠檢測到更小泄漏量的泄漏事件。④定位精度更高且誤報(bào)率較低?？傮w來說，因?yàn)楠?dú)立采集系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量更好，系統(tǒng)的整體性能都要優(yōu)于基于SCADA系統(tǒng)采集的方式。

4系統(tǒng)優(yōu)化措施

4.1 加密采樣點(diǎn)

上下站壓力采集點(diǎn)間距較大，負(fù)壓波傳播到監(jiān)測點(diǎn)時(shí)已衰減嚴(yán)重，過程中受噪聲干擾情況較為普遍。緩慢泄漏、開式流程等負(fù)壓波法無法及時(shí)報(bào)警、準(zhǔn)確定位工況，無法解決報(bào)警靈敏度和誤報(bào)率之間的矛盾，難以準(zhǔn)確定位。解決此難點(diǎn)的最有效方法，就是加密管段壓力采集，即利用閥室等條件增加泄漏檢測系統(tǒng)取壓點(diǎn)。

4.2 波速反算

波速的計(jì)算公式為：

從公式（1）可以看出，波速與多個(gè)因素有關(guān)，可以看出波速對定位的精確度很有影響。原油管道壓力波傳播速度約為 1000～1200m/s，魯寧線預(yù)估波速為1150m/s。通過積累泄漏點(diǎn)的真實(shí)定位數(shù)據(jù)或者是站內(nèi)有工藝操作時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行反算波速，從而逐步改善泄漏檢測系統(tǒng)的定位精度。已知站間里程、現(xiàn)場實(shí)際的泄漏位置、時(shí)間差值，帶入公式（1），反算波速公式為：

小結(jié)：利用波速反算的方法有助于提高泄漏檢測系統(tǒng)的定位精確度。

4.3 動(dòng)態(tài)閾值

閾值是指壓力變化的絕對值與當(dāng)前實(shí)際壓力的比值，壓力變化到達(dá)設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。儀長線、華北管網(wǎng)、日儀線、魯寧線等管線出站壓力的報(bào)警閾值設(shè)定為0.005，進(jìn)站壓力的報(bào)警閾值設(shè)定為0.02，由于工藝要求不同，管線的運(yùn)行方式也有變化。以魯寧線鄒城至滕州為例，由于運(yùn)行工況不同，鄒城站實(shí)際出站壓力范圍在（2～3.6）MP，鄒城出站壓力閾值為0.005。計(jì)算得出：

當(dāng)鄒城站出站壓力=2 MP，泄漏檢測系統(tǒng)檢測并報(bào)警的壓力下降絕對值為0.01 MP。

當(dāng)鄒城站出站壓力=3.6 MP，泄漏檢測系統(tǒng)檢測并報(bào)警的壓力下降絕對值為0.018 MP。

結(jié)論：檢測并報(bào)警的壓力下降絕對值會(huì)隨著采集點(diǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)變大而變大。

改進(jìn)方法：引入閾值動(dòng)態(tài)概念，即閾值隨著實(shí)際壓力變化而變化，使泄漏檢測系統(tǒng)能夠檢測下降并報(bào)警的絕對值約等于A。參數(shù)A隨著誤報(bào)警和靈敏度的制約關(guān)系，經(jīng)過實(shí)際測試后調(diào)整。

小結(jié)：利于動(dòng)態(tài)閾值概念有助于提高泄漏檢測系統(tǒng)的靈敏度[1]。

5結(jié)束語

泄漏檢測系統(tǒng)可有效地預(yù)防因?yàn)樵托孤┮鸬脑凸艿腊踩鹿?，大大地降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，減少企業(yè)的不良負(fù)面影響，保障調(diào)度平穩(wěn)運(yùn)行，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。常見的泄漏檢測方法中基于負(fù)壓波法的泄漏檢測系統(tǒng)綜合指標(biāo)較好。文中提到的三種系統(tǒng)優(yōu)化方法來源于日常使用中的心得體會(huì)，若有不足之處，請大家多批評指正。

參考文獻(xiàn)

[1] 張欣.基于負(fù)壓波法的輸油管道泄漏檢測技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2018.