苯长输管道泄漏监测系统的设计与应用

赵福丹 刘凤歌 李育峰

(1.东营五色石测漏技术有限公司,山东 东营 257000；2.天津市化工设计院,天津 300193；3.天津大沽化工股份有限公司,天津 300455)

危险液体介质输送管道泄漏自动监测技术已在国内外得到了广泛应用。我国长输管道测漏技术的研究起步较晚，清华大学及天津大学等单位从20世纪90年代中期开始研究，而真正实际应用则是在2000年以后。由于油田治安形势恶化，使得输油管道测漏技术迅速规模化推广应用。

苯在常温下是一种高度易燃、有香味的无色危险液体，是一种有机化合物，也是组成结构最简单的芳香烃。苯有较高的毒性，是一种致癌物质。它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。苯的熔点5.5℃，密度0.88g/mL，为防止其低温凝固，苯长输管道全程需要电伴热带伴热且架空铺设。某长距离苯输送管道全长37.6km，首站位于某乙烯装置，末站位于某化工厂罐区。管道起点压力3.5MPa、温度10℃，年输送10万t(约13t/h)。由于苯属于剧毒的危险化学品，一旦发生泄漏，不但会污染环境，还可能造成人身伤亡事故，带来巨大的经济损失和恶劣的社会影响。因此，需要对苯输送管道进行高精度泄漏监测，保证管道长期稳定安全生产。

1 测漏原理①

由于苯是一种液体，经过分析研究，苯长输管道泄漏监测可采用在输油管道上使用成熟的测漏技术，即基于负压波原理定位和输差分析两种方法，通过监测管道两端的负压波、流量和密度来实现测漏报警。

负压波原理定位方法是指当管道某处突然发生泄漏时，在泄漏处将产生瞬态压力突降，这种负压波动将会以一定的速度自泄漏点向两端传播，上、下游压力传感器将捕捉到特定的瞬态压力降波形，然后由软件进行泄漏判断。要实现准确的定位，必须精确地计算压力波在管道介质中的传播速度和上、下游压力传感器接收压力波的时间差。

输差分析方法是根据液体的不可压缩性和质量守恒定律，在软件中实时进行瞬时输差、2min输差、10min输差、1h输差、4h输差、8h输差和24h输差对比，一旦超出预设门槛，系统就会发出警报，但是不能定位。

2 系统架构

苯长输管道测漏系统由数据采集站、现场仪表、通信系统和监测软件4部分组成。

数据采集站位于首、末两站，由数据采集模块WSS3000、压力波测量仪表及安全栅等组成。WSS3000由数据采集模块和GPS时间采集器构成，由GPS时间采集器采集卫星标准时间信号，用于测漏系统两个数据采集站的校时。

在管道两端安装高精度压力变送器和质量流量计，用于实时监测管道进出口的压力、温度、密度、瞬时流量和累积流量。

系统通信采用互联网方式，通过3G无线路由器和电话宽带构成双路通信，以宽带为主，3G无线通信为辅，使用互联网固定IP地址的IP服务器实时转发数据。

测漏系统软件实时显示管道首末两端的压力、温度及密度等参数的变化趋势图，并通过算法实时监测压力变化趋势和输差，一旦输差超过设定值，系统会自动报警，并进行负压波分析，计算泄漏点位置。

3 应用

苯物料输送管线测漏系统安装调试完毕并正式投入运行后，系统整体运行平稳，能够实时监测流量、压力、温度及密度等数据，实现了泄漏监测报警，对保障正常、安全生产发挥了重要作用。

苯长输管道泄漏监测系统能够监测到的泄漏量小于总输量的0.5%；泄漏监测定位和报警均在泄漏发生后的3min内完成。

经过试验与运行，发现系统存在的问题有：末端压力变送器对负压波的反应不灵敏，导致泄漏点定位困难。如某次首站降量操作，瞬时流量从20.6t/h降到20.4t/h，首端压力有反应，而末端压力不反应，即使进行起停泵操作，末端压力反应也很小。分析原因主要是：由于管道为架空铺设，沿线有很多膨胀弯，且经常停输，造成膨胀弯顶部有气体存在，导致负压波衰减严重；末端临港厂区进站压变安装位置应在质量流量计前面，即靠近站外主管道一侧；末端压力变送器量程太高(0.00～4.00MPa)，而管道压力仅为0.07MPa左右，最高不超过0.10MPa。

4 结束语

基于负压波原理定位和输差分析方法的苯长输管道泄漏监测系统，既大幅减少了系统的误报，又提高了监测的灵敏度。并且通过3G和电话宽带构成的通信系统稳定可靠。但由于管道架空导致多处膨胀弯气体积聚影响了负压波的传播，需在今后管道设计时注意。