输油管道泄漏监测系统应用现状及需注意问题

2014-02-03常贵宁

中国储运 2014年3期

文/常贵宁

泄漏是输油管道运行中的主要故障。在管道运行过程中，由于腐蚀穿孔或第三方不知情的情况下施工破坏等原因，泄漏事故时有发生，给企业造成巨大的经济损失，严重干扰了正常的输送生产，也给生产带来重大安全隐患。因此，泄漏监测不仅成为目前输送管道安全生产管理的重要工作内容，今后也将是管道正常运行不可缺少的保障。实现输送管道的泄漏监测，对于及时发现泄漏故障、确保生产和管线的安全运行、保障人身安全、提高长输管道的现代化管理水平等都具有重要的意义。

输油管道泄漏自动监测技术在国外得到了广泛的应用，我国管道测漏技术的研究起步较晚，清华大学、天津大学等单位从上世纪90年代中期开展了初步研究，而真正实际应用则是在2000年以后，由于油区治安形势恶化，犯罪分子打孔盗油犯罪猖獗，使得测漏技术迅速得到了大规模地研究与推广应用。近年来，随着社会对环境保护的要求日益严格，在线测漏系统已经成为输油管道建设与运行中必不可少的组成部分。以胜利油田为例，已经有60条以上输油管道安装了在线测漏系统，对于保障输油正常生产，减少泄漏事故发生，减少泄漏损失发挥了重要的作用。

1.测漏方法

从国内外输油管道测漏系统的应用实践来看，测漏方法主要分为两类：一类是监测管道运行的工艺参数来判断泄漏的发生及其位置，另一类是监测泄漏发生时产生的泄漏声波来实现测漏。从应用效果看，目前，最为成熟的是前者，即“压力波＋输差分析 ”实时监测报警的办法。

2.测漏系统构成

测漏系统一般由三部分构成：现场数据采集站、通信系统、电脑监控软件。

2.1 现场数据采集站

现场数据采集站的任务是采集管道运行工艺参数，如管道进出两端的压力、温度、流量等数据。它包括数据采集器和现场仪表。

对于数据采集系统而言，测漏对采集系统的主要指标是要求采样速度至少应该达到100ms一次。现在一般的数据采集模块都能满足需求。为了提高定位精度，应该实现各数据采集站时钟同步，即采集GPS卫星时钟数据，给采集数据加上时间标签。

2.2 通信系统

因为要实时对比输油管道沿线各站的压力等数据，因此，通信在测漏系统中发挥着关键的作用，也是目前测漏系统中故障率最高的环节。常用的通信方式有：局域网、电台、3G//电话宽带等公网，一般可根据现有条件优选。为了保证系统的可靠性，可同时采取两种方式，互为备用。

2.3 软件

软件的核心是泄漏判断及定位算法。小波和相关分析是泄漏点定位最主要的两种计算方法。

① 小波分析

小波分析上世纪八十年代后期发展起来的应用数学分支，它是一种信号的时间-尺度分析，在时、频中均具有表征信号局部特征的能力，是Fourier分析的发展。与Fourier变换相比，小波变换在时、频域中均具有表征信号局部特征的能力，适用于辨识信号的奇异点及计算奇异性的大小，是近年来非常活跃的一种信号处理方法，被誉为“数学的显微镜”。小波变换作为一种新的信号处理技术，已经在许多工程领域中得到了应用。利用小波变换的极值可以检测信号的边沿，并且可以抑制噪声。因此，用小波变换可以使压力下降边沿更加清晰，从而容易确定时间差。

② 相关分析

相关分析是一种非常有用的数学处理方法，它经常用来比较两组数据、两个图形的相似性。由于输油管道是一个压力系统，我们通过测漏系统实时得到的输油管道两端压力变化的数据肯定是相关的，具有相似性，只是时间先后不同，而压力变化波动时间的时间差正是计算压力源位置的关键。

3.效果不佳原因分析

很多单位的输油管道测漏系统使用效果不佳，处于瘫痪或半瘫痪状态，没有发挥应有的作用。究其原因，有厂家的问题，也有用户自身的问题。

3.1 厂家提供产品与服务不到位

从厂家产品方面的问题来说，系统本身设计有缺陷，软件不成熟，误报太多。也有一些厂家利用用户对泄漏监测技术这一新生事物不了解，玩弄概念骗钱，鱼目混珠，搅乱了市场。如一种所谓“次声波（音波）测漏系统”，使用效果很不理想，试验及后期应用证明，它只适合检测较大（瞬时泄漏量大于管道瞬时输量5%）的突发性泄漏，定位误差跟压力波法相当，没有实用价值，所有安装的系统现均已废弃。

3.2 用户维护管理不到位

从用户角度来说，一开始迷信这套系统，经使用后误报多次，就不再认可，转而排斥这套系统。管理人员对测漏系统还不是很了解，维护管理跟不上。其实，迷信和排斥都是错误的态度。正确的态度应该是既用且疑，分析排除。

目前的管道泄漏监测系统实际上是一种“软”测量，它是通过监测管道运行的压力、温度、流量等工艺参数来推断泄漏的发生，毕竟不是直接测到漏油，数据采集的误差不可避免，希望靠电脑软件完全自动报警是不现实的，也是不必要的。

本来，灵敏度跟误报就是一对矛盾，想追求灵敏度，就必然带来误报。清华大学王桂增教授就经常举机场安检的例子，安检员手里拿着的探测器扫描人体时经常会发出报警，安检员再进行二次确认，只有这样，才能够保证飞行安全。东营五色石测漏技术有限公司提出了“人机协作”的概念，系统肯定能给你提供一些有用的数据，还需要监控人员进行分析判断是否发出泄漏警报。

所以说，希望靠系统软件完全自动报警是不现实的，也是不必要的。软件的智能分析永远跟人脑之间存在差距。因此，应该由系统采集数据，系统自动报警灵敏度设置尽量高一些，提醒监控人员进行分析，从而会大大提高灵敏度，提高运行效果。

4.应用中需注意问题

4.1 独立运行

测漏系统属于安全仪表系统中的一种，鉴于测漏系统对于保障管道正常安全运行的重要性，应该独立于SCADA系统。压力传感器、控制器、电源等都应单独设计，温度传感器可与SCADA系统并采，用模拟量“一分二”隔离模块（如上海工业自动化仪表研究所生产的隔离式安全栅EX8035），流量计发讯器则可使用数字量“一分二”隔离模块EX3053。

4.2 方法选择

对于输油管道来说，“压力波＋输差分析”实时对比分析的测漏技术是目前最成熟、可靠的泄漏监测定位方法。流量信号在泄漏监测中有着重要的作用。流量数据分瞬时流量和累计流量。瞬时流量的实时对比分析报警以及累计流量的输差对比，可以提高系统灵敏度、减少误报。输油流量计有很多种，这里推荐两种：容积式流量计和质量流量计。最常用的是容积式流量计，如腰轮流量计、刮板流量计，其次是质量流量计。

4.3 系统选择

应选用有多套系统成功应用的成熟系统产品。国产系统已经能够满足生产需求，如东营五色石测漏技术有限公司的“五色石”测漏系统已经应用在大庆油田、胜利油田、辽河油田、大港油田等75条原油、成品油、苯、硫酸、盐卤等多种液体输送管道，共计总长1300公里的管道上，运行稳定，误报率低，服务良好，使用效果良好。而国外引进的测漏系统尚未见到在国内有成功的应用案例。