浅谈油气输送管道次声波管道安全系统

摘要：次声波管道综合监测系统，是一套组件化的、可扩展性高的管道安全系统。在专有的“动态危险源辨识资源库”的基础上，可为用户提供“发现问题、分析问题、解决问题、杜绝同类问题再次发生”的闭环整体解决方案。次声波油气管道泄漏综合监测技术作为先进、可靠、成熟的石油天然气管道安全监测技术正在被广泛的应用在各油气管道保护系统中。本文详细介绍了该次声波管道综合监测系统的技术原理、硬件架构组成、设计要求、测试方法，以及在油气管道上系统建设的意义。

关键词：次声波油气管道泄漏；综合监测；油气输送管道

引 言

随着城市工业化进程加快，油气管道等基础设施建设的迅速发展，油气输送管道直通各城市为建设基础设施提供重要输送渠道，对各大城市工业发展起着决定性安全保障。管道输送，尤其是埋地油气管道，穿插在各城市要道和交通网络中。管道中内含输送介质，因此要考虑管道使用年份久远，管道是否会发生各种泄漏甚至人为的第三方施工造成管道泄漏所引起的安全隱患。

目前国内外管道泄漏监测系统，功能单一，仅能发现并告知泄漏发生位置，无法提供事前预防、现场事故处置救援、事后应急处置等功能。

次声波管道综合监测系统在专有的“动态危险源辨识资源库”的基础上，可为用户提供“发现问题、分析问题、解决问题、杜绝同类问题再次发生”的闭环整体解决方案。完整的次声波管道综合监测系统主要涵盖以下几个功能：（1）管道实时泄漏监测（2）危险源识别（3）安全风险管控（4）智能巡检（5）泄漏应急管理。

次声波管道综合监测系统应用范围广，受管道输送介质的影响小，广泛用于液体、气体、多相流、化学产品、海底管道等各种管道输送工况。

1.次声波管道综合监测系统工作原理和组成结构

1. 1次声波管道综合监测系统工作原理

次声波管道综合监测系统主要包含管道实时泄漏监测、危险源识别、安全风险管控、智能巡检、泄漏应急管理等管道安全相关功能。

以系统中管道实时泄漏监测、泄漏应急管理两个功能为例。次声波管道综合监测系统主要以实现次声波管道泄漏监测、管道沿线重点部位安全风险展示、部分泄漏应急管理功能。

次声波管道综合监测系统具有灵敏度高、误报率低、定位精度高等优点。其工作原理是：在被监控管段两端安装次声波传感器阵列，管道泄漏的瞬间，传感器接收到沿管内流体传播的次声波信号，通过电缆传给现场数据采集处理终端，现场数据采集处理终端将模拟次声波信号转换为数字信号，通过时间同步、噪声抑制、干扰抵消和模拟识别等处理，初步判断是否为泄漏事件，通过安装于站场的GPS天线进行时间同步。现场数据采集处理终端通过通讯网络将泄漏事件传输给泄漏监测服务器，由泄漏监测服务器判断是否发生了泄漏并计算泄漏位置。

管道发生泄漏报警事件时，发出声光报警信息提示用户，自动触发应急响应流程。泄漏发生后，系统在GIS上显示泄漏点的位置，自动触发应急响应流程，实现泄漏监测与应急指挥联动，记录抢险过程，并生成应急指挥报告。同时，系统支持泄漏事故报警模拟和应急演练。

1.2系统组成

次声波管道综合监测系统包括软、硬件两部分。

软件部分：次声波管道综合监测系统软件平台，具有管道实时泄漏监测、安全风险信息展示、应急指挥等功能。

硬件部分：由中心泄漏监测服务器、现场数据采集处理终端、次声波传感器、GPS天线组成。

1.3系统功能

系统建成后可实现，在管道重点保护段及特殊地理位置点，建立安全风险信息库。巡检人员途经点实时推送危险源列表，在线标注管道周边施工作业信息，实现实时监控。

能够自动启动应急预案，展示应急处置流程，辅助应急指挥，做到可视化、流程化管理，并记录整个应急过程中的语音、视频、文字记录。平时可针对管道泄漏进行应急演练和培训。

在泄漏发生后基于GIS地图通过二维或三维地图的方式显示泄漏点及周围的地形、地貌，救援力量，应急资源、道路路况及最佳救援路径导航等相关救援信息，系统可在第一时间自动生成相应应急救援处置方案，协助提供应急指挥及救援。同时泄漏信息会第一时间推送至抢修人员的防爆手持终端上，指引相关人员快速到达现场，防爆手持终端可实时回传现场音视频图像信息并接受调度中心的应急指令。

2.系统应用

2.1系统设计要求

掌握管线的基础数据、站场工艺流程图；

提供已建系统功能的技术协议及标准；

了解站场相关设计规范要求。

2.2系统安装要求

现场设备安装需要满足站场相关设计规范要求。设备放置于站控室，站场提供220VAC，50Hz 的UPS 电源。通信支持有线/无限数据传输。

现场传感器与现场设备间使用4-20ma信号电缆进行信号传输。在工艺场区电缆埋地敷设，埋深0.7米，电缆进出户、过路与工艺管线均穿钢管保护，电缆敷设见国标94D101-5。现场传感器安装方式同压力变送器。其防爆等级不应低于ExdIIBT4，防护等级不应低于IP67。

3.系统测试

系统测试验证可分为模拟软件测试和现场泄放测试两种。

3.1模拟软件测试

通过中心服务器可进行模拟现场泄漏测试，对系统性能和工作状态进行验证。也可进行日常泄漏事故模拟和应急演练。

3.2现场测试

在输送管道上，安装不同孔径的限流孔板，现场实际泄放，对系统性能和工作状态进行验证。

结论

油气输送管道对我国国民经济起着非常重要的作用，被誉为国民经济的动脉，国家对油气输送管道的依赖性逐渐提高，而管道对经济、环境和社会稳定的敏感度也越来越高，油气管道的安全问题已经是社会公众、政府和企业关注的焦点，政府对管道的监管力度也逐渐加大，因此对管道运行管理的核心是“安全和经济”。

次声波管道综合监测系统，从生产角度出发，结合SCADA系统、泄漏监测系统、FGS系统等建设管道安全的精细化管理平台；实现以自动化生产为主、信息化手段为辅的多系统数据结合；打破各系统的信息孤岛；结合生产工艺、自控系统，利用安全风险管控的专业知识，构建动态危险源辨识资源库；在已建成的动态资源库基础上，逐步实现智能巡检、管道泄漏应急管理、检维修、抢维修作业票证管理等功能；利用信息化手段，逐步实现管道安全数据的可追溯性；通过基于管道泄漏监测的安全管控系统的建设，利用大数据分析来实现企业精细化管理，为油气输送管道的安全运行提供了完整解决方案，实现管道安全风险的闭环管理，为油气输送管道的安全运行提供决定性的指导意义。

参考文献；

[1]巩艳，袁宗明，林宇等，油气管道次声波泄漏检测技术.管道技术与设备，2010（2）：19-21

[2]牛树伟，次声波测漏技术在长输管道上的实现.科技创新导报，2008（15）：84-85

[3] 王海伟，音波测漏系统在输气管道的应用。《管道技术与设备》，2014（2）：22-24

作者简介：

李东骏，科罗拉多矿业大学在读硕士研究生，主要研究方向非常规油气田勘探与开发、油气集输。