论原油泄漏报警系统在油田的应用

2016-10-21范金玺

中国管理信息化 2016年18期

关键词：阀室流态排量

范金玺

（吉林油田公司，吉林松原 138003）

论原油泄漏报警系统在油田的应用

范金玺

（吉林油田公司，吉林松原 138003）

原油泄漏报警系统是根据“质量守恒定律”和“能量守恒定律”，采用“趋势法”和“输差法”建立管线泄漏报警模型，设计管线泄漏检测功能，以达到在管线泄漏时能够“及时发现、快速处置、有效控制”的目的。本文基于原油泄漏报警系统，分析其在油田的应用，以期为油田事业发展提供借鉴。

原油泄漏；趋势法；输差法

1　泄漏监测与定位的设计原理

近年来的原油泄漏主要是人为破坏造成的，持续时间短、泄漏量较大，属于突发性事故，采用趋势法和输差法。具备数字化监控条件的采油厂输油支线建立泄漏报警系统，系统采用“趋势法”和“输差法”建立报警判断模型，干线报警信息发送到应急预警中心预警日志，支线预警报警信息发送到厂级指挥系统调度日志。

系统旨在通过从前端采集的压力、排量等实时数据按照泄漏报警模型进行24小时计算，即时将异常情况以声音和灯光闪烁的形式报出，提醒值班人员及时落实和处理，同时系统自动形成报警日志。

1.1泄漏报警模型

系统基于压力降和质量平衡原理，采用统计决策法设计“压力持续下降”“瞬时排量输差持续增大”“累计排量输差大于预警值”实时判断模型。

1.1.1设计原理

泄露发生特征：泄漏点原油外流，由于管道内外压差，泄漏点的原油迅速流失，压力下降。泄漏点两边的原油由于压差而向泄漏点补充。这一过程依次向上下游传递，相当于泄漏点处产生了以一定速度传播的负压力波，它经过很短时间，就会经过阀室，最后到达上下游站。

1.1.2压力下降原理

正常输送时站间管道的压力坡降呈斜直线。当发生泄漏时，漏点前的流量变大、坡降变陡，漏点后流量变小、坡降变平，沿线的压力坡降呈折线状，折点即为泄漏点。

（1）管路的压降计算，根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为：

其中：hL为沿程摩阻，hξ为局部摩阻，（Zj-ZQ）为计算高程差。（2）水力摩阻系数的计算，计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失hL。达西公式：

对于一条给定的长输管道，L和D都是已知的，输量（或流速）V也是已知的，现在的问题就是如何计算水力摩阻系数λ。

根据流体力学理论：

其中：e为管壁的绝对粗糙度，D为管道内径，λ是Re和的二元函数，具体的函数关系视流态而定。

流态：分为层流和紊流，中间还存在一个过渡区，在解决工程实际问题时，为了安全，一般尽量避开过渡区，因该区的流态不稳定。

（3）流态判断

层流：Re＜2 000；

过渡流：2 000＜Re≤3 000（一般不考虑）；

紊流光滑区：3 000＜Re≤Re1；

紊流混合区：Re1＜Re≤Re2；

紊流粗糙区：Re＞Re2；

其中：Re=4Q/πDV；Re：雷诺数；Q：管内流量，m3/s；D：管线内径，m；V：运动黏度，m2/s；Re1=59.5/ε8/7；Re2=（665-765 lgε）/ε；ε=2e/D（管内壁的相对粗糙度）。

其中，e：管内壁的绝对粗糙度；无缝钢管：0.06 mm；直缝钢管：0.054 mm；螺旋焊缝钢管：DN为250～350时取0.125 mm，DN＞400时取0.1 mm；D：管线内径，mm。

不同流态下的A、m、β值，见表1。

表1　不同流态下的A、m、β值汇总表

1.1.3压力下降时间差

如果是泄漏引起的压力下降，必然是距离泄漏点最近的阀室的压力下降最明显，而且时间上最先到达。如果是站内操作引起的压力下降，必然是出站压力下降最明显，时间最早。

1.1.4流量变化原理

根据质量守恒原理，管线有泄漏发生后，打破原来平衡，必将引起上下游站排量变化，受管道长度、泄漏点破损程度、地形影响，经过一段时间后，新的平衡会重新建立，反映在数据上是：出站累计排量=下游进站累计+泄漏量。所以用“累计输差大于预警值”的办法也是可以反映监控的。

1.2压力持续下降判断模型

数据采集：采集外输压力和所经过阀室的阀前压力，数据采集频率为4 s，判断周期为2 min。

采样：采用统计法，首先取前10 min的数据，计算平均值，作为基准压力P基，再确定一个正常上下波动范围值△P。

跟踪：每4 s读取当前压力值P实，当P基-P实＞△P时，为一个异常点。

分析：当异常点累计达到60%以上，启动趋势分析算法，将异常点依次分为5组，取得每组的平均压力值P1、P2、P3、P4、P5。若出现P1＞P2＞P3＞P4＞P5，或P基＞P1，P基＞P2，P基＞P3，P基＞P4，P基＞P5，且P基-P5＞0.1 MPa，则疑似泄漏。

报警：当判断为疑似泄漏时，监控单元软硬件黄灯预警。

1.3模型修正

由于工业现场电磁干扰，输油泵的振动等因素影响，实际采集到的负压波序列附着大量的噪声。因此上述监控方法需要进行如下修正。

去除噪声点：启泵操作不报警，采用出站排量7 min前是低于起输值，当前排量上升到很快，同时压力7 min前低于起输值，现快速上升，停泵相反。停泵不报警：对于出站压力、出站排量低于起输值，视为停泵状态。数值去噪：数据都要在上下量程范围内，网络通信GOOD，对于刚好在压力突变分析时出现的个别数值特别低的值直接过滤。

压力下降联合判定：对于一个输油单元，如果原油输到下游不进罐，各种原因引起的压力下降会在所有压力计上有所反映。如果是出站工况操作引起的，会出现出站压力时间最早，其次一个阀室，直到末端。如果是泄漏，距离最近阀室最早，反而上下游站较晚。在曲线上可反映出来，人工判断时引起高度注意。

2　软件设计

2.1实时数据源的采集

站控机经由OPC Server通道，从远端站控机实时上传数据到实时数据库。

实时数据分类：通过实时数据读取接口，进行数据读取，最终展示到页面上。对于读取出来的数据还要进一步整理，充分把数据做到分门别类地应用。

实时数据入库：对采集回来的数据通过实时数据库进行保存，保存时间可自动配置，其中采集回来的数据庞大，需要对数据分类应用，如：对输油泵、集输、可燃气等数据进行分类，使进到实时库里的数据是经过整理后的数据。

2.2关联关系的建立

裸数据采集上来之后不能直接应用，还得通过实时数据库计算公式进行计算。在数据库中进行计算，大大节省了运算的时间，提高了数据的反应速度。

预警模型的建立：对系统识别出的报警数据，分为站控网络异常、现场参数超限、启停机报警、重大事故四个类别，设置不同处置流程。对重要监控数据进行参数设限，让数据在一个安全的范围内进行上下波动，做到实时预警降低生产隐患。对每一个数据都能做到限制设定。为了操作的简单方便与安全，所监控页面有统一的标准化按钮进行设定操作。

2.3信息发布

通过预警信息发布接口，将实时产生的预警信息发布至预警信息处理模块，并且提供对外发布接口。