负压波法管道泄漏监测定位系统的应用

艾信，段新海，乔守武，赵天福，史建国

（中国石油长庆油田分公司第四采油厂，陕西靖边718500）

智能油化工程

负压波法管道泄漏监测定位系统的应用

艾信，段新海，乔守武，赵天福，史建国

（中国石油长庆油田分公司第四采油厂，陕西靖边718500）

近年来本厂多次发生大型输油管线泄漏事故，不但带来巨大的经济损失，而且造成十分严重的环境污染和负面新闻舆论。针对上述存在的问题，本文以负压波为原理，以LABVIEW与MATLAB为系统开发平台，结合传感器技术、数字信号处理技术和通信技术，设计研发了输油管道泄漏实时监测及定位系统，并在现场安装应用。

负压波法；管道；监测

原油输送管道是油田生产的生命线，管线发生穿孔，其经济损失非常巨大。如果采取先进的科技手段，对输油管线进行实时监测，迅速准确的判断出泄漏位置。就能使突发事件得到及时处理，使损失降到最低。

市场上有部分公司研制管道泄漏监测定位系统，其实验测试环境多为理想的输送液体管道。市场产品实用性不强，同时安装费用较高，只能对重点输油管线加装。所以，打破这种技术垄断，研发适用于长庆油田输油管道在线监控系统具有重要意义。

1 负压波法管道泄漏监测定位实验研究

1.1 搭建实验环境

选取镰三增至镰一转管线作为测试管线，管线全长3 500 m。在途经林79-75井组处，将管线开小孔，直径3 mm，距离镰一转1 500 m，加装泄漏仿真闸门，用来模拟管线泄漏（见图1）。

1.2 验证负压波的存在性

图1

将实验管线用清水打压至2.6 MPa，依托SCADA系统采样，采用LABVIEW与MATLAB搭建泄漏监测平台，融合小波变换算法，经过20多次放油测试，发现每次实验均能测到负压波，但是因SCADA系统采样频率太低（1 Hz），无法实现定位功能。

1.3 研发泄漏监测定位系统

1.3.1 泄漏监测定位系统硬件设计以数据采集卡为处理核心，研制小型数据采集系统，用来实时采集被监测输油管线两端压力传感器压力值（见图2）。

1.3.2 泄漏监测定位系统软件设计通过LABVIEW平台G语言开发设计，实现上、下游压力信号同步采集；利用MATLAB平台M脚本编程，实现基于图像处理的神经网络算法，精确判断压力变化拐点，测定泄漏位置。

1.4 静止承压管线测试

封堵实验管线两端，将管线用清水打压至2.6 MPa，然后将研制的数据采集系统安装至管线两端，实时采集现场压力信号。然后通过放空闸门放水，开展40余次泄漏测试，两端均能监测到负压波，并能判定泄漏位置，得出负压波的传输速度约1 000 m/s（见表1）。

1.5 正常输油管线测试

1.5.1 前阶段实验将原油导入输油管线，在林79-75井组处放油测试，测试40余次，发现在镰三增处可测到负压波，但在镰一转处无法测到负压波。经过细致分析，导致这种现象的主要原因就是管线末端存在较大的高程差，放油点海拔高度1 409 m，镰一转处海拔1 367 m，流体重力效应，导致管线未充满，属于半满输油状态，负压波无法传输至镰一转，导致无法有效定位。

1.5.2 后阶段实验通过在镰一转处，加装自力式压力调节阀，适度提升原油进站压力至0.7 MPa，开展测试40余次，镰一转、镰三增均能测到负压波，并能准确的定位（见表2）。

1.6 高压注水管线测试

选取化平19配水间至化平98配水间段作为测试管段，在化平19配、化平98配两处分水器加装罗斯蒙特0～25 MPa高精度压力变送器，管线途经化十四增化123配，将化123配分水器处作为放水口，进行泄漏模拟实验。管线全长3 300 m，其中放水点距离化平19配1 910 m，放水点距离化平98配1 390 m（见表3）。

图2

表1 静止承压管线三次实验数据

表2 正常输油管线三次实验数据

表3 正常注水管线三次实验数据

2 结语

2.1 探索出管道泄漏监测机理通过大量的泄漏事故以及实验结果来看，可以发现两点，（1）管线腐蚀泄漏压降很小，多分布在0.02 MPa～0.05 MPa；（2）要使用负压波法监测管道泄漏，管线必须充满。而实际站点管线走向，基本都分布在山峁沟壑之上，一般管线末端因存在较大高程差，存在正常输油时管线半满的状态，导致负压力波传输至半满段时，全部衰减殆尽，最终无法实现泄漏点定位。

2.2 研发了一套管道泄漏监测定位系统

研制了一套基于数据采集卡为处理核心的数据采集系统，并用LABVIEW与MATLAB混合编程的方式，设计开发了泄漏监测算法软件平台，界面友好，操作简单，采样频率500 Hz，采样精度±0.01%，报警响应时间仅需数秒，定位精度小于管线全长的5%。目前已在化七增、化五转的外输管线上试用，系统稳定性高，无故障发生。

2.3 压力变送器GPRS信号传输可以作为管道泄漏监测的有效手段

根据管线实际走向以及地势，有效避开管线半满段，可适当在野外加装高精度压力变送器，通过太阳能供电，使用GPRS信号传输模块，实时采集压力，可以作为泄漏监测的有效手段。

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TE938.2

A

1673-5285（2017）02-0131-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.031

2017－01-20