长输铁精矿浆管道泄漏定位及其重点技术

起先忠 王明著 秦崎峰

摘要：铁精矿管道输送生产线是典型的流程工业过程，具有自动化、连续化、集成化程度高等特点，再加上管道海拔高程落差上千米、钻山过沟人迹罕至，管线里程长、管线沿途地形复杂程度大，一旦出现管道泄漏，就可能会造成巨大经济损失和严重责任事故。随着管道连续运行周期越来越长，存在的泄漏风险也越来越大。管道一旦实现了泄漏监测定位在铁精矿管道发挥泄漏报警及时、定位准确的功能，并实现产业化运用，必将推动铁精矿管道输送技术的进步。建立相应知识产权，为矿浆管道输送技术对外发展方面带来一定推动作用。目前，全世界运行的铁精矿输送管道中，还没有一条管道实现泄漏监测定位及时性、准确度高的案例，该项目一旦研发成功，必将为泄漏监测定位技术在铁精矿管道中的广泛应用开启新的篇章。本文研究了目前长输铁精矿浆管道泄漏定位及其重点技术。

关键词：长输铁精矿浆管道；泄漏定位；重点技术

1.长输铁精矿浆管道泄漏定位关键技术研究

铁精矿管道输送涉及技术研究、人才培训、项目应用，在自动控制技术、电气自动化技术、信息化建设、机电设备安装、机械设备的优化改造等方面有较高要求。需要进行不断的技术研发，掌握管道输送核心技术，在管道建设、管道输送工艺、集中控制领域积累宝贵的经验。铁精矿浆管道泄露检测技术经过了一定时间的运用与探索，目前已经形成了比较成熟的体系，检测泄露中运用到的关键技术包括压差泄漏检测技术、信号处理技术以及虚拟声波管道泄漏监测技术，本文重点研究虚拟声波管道泄漏监测技术。

1.1压差泄漏检测技术

在检测运营管道中的液体过程中可以运用压差泄漏检测技术。在管道的运行过程中，一旦管道发生泄漏会导致中上游的流量增大，但是同时在管道上游与下游位置处压力则会逐渐减小。压力降低比较明显的位置在泄漏点位置处，越向外围压力会越小。在较大的漏洞的检测过程中压差泄漏检测技术能够实现快速地检测，运用范围是针对稳定性并且非压缩性的液体的检测，在检测中具有一定的缺陷，难以检测出泄露的具体位置，在泄露发生之后难以对其及时处理。铁精矿管道输送方式为固液两相流，可能存在浆体加速流、磁铰链、层流等流动方式；矿浆粒径分布不一定均匀，特征难以提取；输送压力压差较大，这些特征使得有效实现泄漏在线监测存在一定技术难度。

1.2信号处理技术

信号处理技术运用过程中能够采集到微弱的铁精矿浆管道泄漏的信号，是目前运用的一种新技术。但是在具体的运用过程中会不同程度地受到噪音的影响。因此要求在运用过程中要求进行降噪处理，尤其是应当对管道矿浆的流动声部采用小波去噪方式进行处理，从而能够在众多的声音中采集到正确的信号。信号频率会受到很多噪音的影响，因此小波降噪处理具有重要的作用，能够对信号检测中的信号频率以及噪音进行有效识别。在对其进行有效识别的基础上进行有效处理，从而有效定位管道泄漏位置，从而能够对其进行有效处理。

1.3虚拟声波管道泄漏监测的技术

虚拟声波管道泄漏监测技术在长输管道泄漏定位中具有显著作用，能够充分利用管道中液体的压波的传播速度辅助位置的判断。能够对整个铁精矿浆管道中矿浆走向的波速进行充分判断，基于这种理论，一旦发现在运转过程中某一位置的波速出现突然增大，同时液体的流动速度也出现明显地增强，则能够判断出该位置的、液体密度降低买，很有可能是发生的泄露现象。为此可以综合采用压波传播速度检测技术与互联网技术进行检测，通过记录压波传播速度判断出存在峰值的地点，这一位置很可能发生了泄露。当前，管道泄漏监测的方法有很多种，其中属于“水力参数监测”范畴的有管道瞬变模型法（也叫质量平衡法）、负压波法（也叫减压水击波法）、管道流量平衡法等。另外还有 “振动声波监测法”，“泄漏声波监测法”等。其中又以“负压波法”应用相对成功。而“负压波法”通过监测“泄漏”引起的“压力下降”来判断有无泄漏发生并进行定位，但管道输送过程一些常规性操作引起的非泄漏“压力下降”必须屏蔽，否则会发生频繁的无意义报警。而“流量平衡法”是靠管道两端的流量计实时监测比对进出流量，判断有无泄漏发生。在矿浆管道泄漏定位报警在线监测系统，将“负压波法”与“流量平衡法”二者相结合，极大的提高了管道泄漏定位报警的准确性。目前在石油、天然气管道输送方面应用广泛，在矿浆管道中的应用总的来说还处在发展时期，没有实际应用。

2.定位技术利用

在压差泄漏检测技术、信号处理技术、虚拟声波管道泄漏监测的技术运用过程中可以辅之以下技术进行综合运用，从而实现对铁精矿管道输送泄漏点的准确定位。

2.1建立声波泄漏检测数学模型确定不同工况状态下压力波速

管道输送过程中两站间管段某一点发生泄漏时，泄漏点压力突然降低所产生的负压力波将沿管道向两端传播，瞬时传播速度是介质粘度、密度、管道管径、弹性模量的函数。所以一旦各管段输送介质发生变化，压力波速随之变化给泄漏点的精确定位带来较大困难。所以必须经过大量实验数据来建立各管段不同工况情况下压力波传递速度的数学模型。实验管段一旦确定后，结合管道运行过程中的不同工况及变量模拟，采集大量数据分析确定压力波传递速度转换声波效果，为建立声波泄漏监测数学模型提供数据支撑。以数学模型的方式模拟出原有管道的具体运行情况，对其中的运行情况进行综合性分析，及时找出其中不合理的位置，一旦发现不符合数学模型建立的整体规律，即可判断出其中可能出现了泄露问题，或者是其他方面的问题，从而做到及时发现与及时解决。

2.2管道泄漏监测点及监测仪表的确定

根据已有工程实践经验，实施管道泄漏监测的理想距离为30公里以内，尽量不超过50km，否则会不同程度影响泄漏监测灵敏度。综合考虑矿浆介质密度大于一般单介质液体；管道间压差较大，信号顺、逆传输衰减相应也较大；再加上管道中途海拔高低起伏等因素，对于近50公里的长距离泄漏监测，技术难度相对较高，需进行不断的实验确定。为确保监测效果的及时性及准确度，应用于泄漏监测系统的仪表精度不低于0.075%，同时配一套专有的数据采集RTU（含GPS授时模块和GPS天线，功耗小于10W）。

2.3泄漏监测定位系统分析软件开发

结合管道安全生產经营需求开发相应的分析系统，该项目开发的泄漏监测定位系统需实现和现有系统的兼容性。需采用SQLSERVER数据库，在Windows环境下使用Qt语言编写。实现常规操作带来的干扰信号误报、误判过滤功能，来确保该系统长期稳定高效运行。系统投入运行后，系统是电子装置，不会对环境造成影响，也不会对巡检、检修人员造成健康影响。

2.4传感器合理安装、数据远传

传感器的安装关系到是否能获得管道泄漏监测定位系统所需的准确信息。因此，必须对传感器的安装位置进行深入研究，确保把传感器安装在适当的位置，可获得管道泄漏监测定位系统分析的准确信息。当传感器安装到位后，急需解决的问题是数据远传回监控中心的问题，在复杂多变的环境下保证数据传输网络稳定，确保基于虚拟声波管道泄漏监测定位系统运行状态感知信息传输的实时性和准确性，是影响基于虚拟声波管道泄漏监测定位系统项目成败的关键。

参考文献

[1]王政，付红桥，付少华，等. 基于虚拟仪器的原油管道泄漏实时监测与定位系统[J]. 传感器与微系统，2012，31（1）：111-113.

[2]孟庆璋. 长输原油管道泄漏定位关键技术分析[J]. 中国新技术新产品，2016（3）：75-75.

[3]基于球形内检测器的长输管道微小泄漏检测关键技术研究[D]. 天津大学，2015.

（作者单位：云南大红山管道有限公司）