李 歡

LD-SAKER管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)應用

李 歡

（中油國際（乍得）有限責任公司，北京100000）①

LDSAKER管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)利用負壓波在原油輸送管道中的傳播速度來分析判定管道泄漏工況。該系統(tǒng)集泄漏監(jiān)測和生產(chǎn)管理于一體，由壓力、流量變化曲線判斷管道泄漏，并通過工況點引起的壓力波分別向首站和末站傳播的時間來確定泄漏點位置。不但對所監(jiān)測管道的泄漏等異常情況進行提示報警及定位，而且記錄監(jiān)測管道的日常運行情況，及時有效地給出管道兩端的壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)。彌補了以前管理上的不足，便于生產(chǎn)管理。油田現(xiàn)場實際應用效果良好，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

管道；泄漏監(jiān)測；報警；定位系統(tǒng)

原油輸送管線是油田生產(chǎn)的生命線。由于管線運行過程中隨著輸油管道使用年限的增加，埋地管道受其周圍環(huán)境、介質(zhì)等諸多因素的影響，出現(xiàn)管道焊縫開裂及腐蝕穿孔等現(xiàn)象，造成管道內(nèi)原油外漏，不但嚴重干擾了油田生產(chǎn)的正常運行，給國家造成了巨大的損失，同時也給周圍生態(tài)環(huán)境造成較嚴重的污染。傳統(tǒng)的原油輸送管線管理以人工巡線、首末站輸差比對監(jiān)測管線泄漏的方式逐漸顯現(xiàn)出管理上的不足，單憑借工作人員的人力巡線，很難及時發(fā)現(xiàn)泄漏情況。對隨時有可能發(fā)生腐蝕穿孔的管線而言，通過輸差比對發(fā)現(xiàn)泄漏仍需要一段時間，且可能已泄漏大量原油而造成巨大經(jīng)濟損失。

LDSAKER管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)是為彌補以前管理上的不足而研發(fā)。該系統(tǒng)集泄漏監(jiān)測和生產(chǎn)管理于一體，不但對所監(jiān)測管道的泄漏等異常情況進行提示報警及定位，而且記錄監(jiān)測管道的日常運行情況，及時有效地給出管道兩端的壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)，為輸油作業(yè)提供參考，便于管理部門的生產(chǎn)管理。

1　不同管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)應用特點

目前，國內(nèi)外管道泄漏監(jiān)測的方法較多，應用原理也不盡相同，大致可分為質(zhì)量分析法、體積分析法、電磁監(jiān)測法、負壓波分析法、綜合分析法5類。因監(jiān)測方法應用原理不同使其在實際生產(chǎn)過程中的漏點監(jiān)測、定位方法有較大差異［1-5］。

質(zhì)量分析法和體積分析法都是針對管道內(nèi)流體的量來確定管道是否發(fā)生泄漏，其缺點是只有管道內(nèi)的流體發(fā)生一定量的泄漏后才能確認管道出現(xiàn)泄漏工況。

電磁監(jiān)測法在管道測漏應用過程中屬于非在線實時監(jiān)測，監(jiān)測過程需要巡線人員攜帶信號監(jiān)測器進行監(jiān)測，其突出的特點是在管道未發(fā)生泄漏的情況下可以發(fā)現(xiàn)管道載閥位置，確定載閥或穿孔位置較為準確，并可進行及時處理。其不足是：

1） 需要2名巡線人員操作監(jiān)測器沿管線進行檢測。

2） 電磁信號與管道的保溫層、防腐層、絕緣層的破損情況以及載閥的現(xiàn)場情況有關，保溫層、防腐層、絕緣層的破損情況越嚴重，電磁信號衰減越迅速，管道測漏的有效距離將縮短。

3） 有效檢測距離較短，一般在5 km左右，若要增加檢測距離需要借助管線陰極保護樁或在管道上增加信號點。

4） 電磁監(jiān)測法屬于非實時監(jiān)測，不能實現(xiàn)在線管道泄漏監(jiān)測。

負壓波法是目前管線測漏系統(tǒng)使用較多的方法，能實現(xiàn)在線實時監(jiān)控并準確定位。

2　LD-SAKER管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)技術分析

2.1 工作原理

LDSAKER管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)以負壓波法為基本方法，結(jié)合質(zhì)量平衡對比等方法，利用管道瞬態(tài)模型，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用流量報警、壓力定位，以及流量＋壓力綜合分析方式進行報警、定位。

當管道發(fā)生泄漏時，由于管道內(nèi)外的壓差，使泄漏處的壓力突降，泄漏處周圍的液體由于壓差的存在向泄漏處補充，在管道內(nèi)突然形成負壓波動。此負壓波從泄漏點向管道上、下端傳播，并以指數(shù)率衰減，逐漸歸于平靜，這種壓力波動和正常壓力波動的態(tài)勢絕然不同，具有比較陡峭的前沿。兩端的高敏壓力變送器接收到該波信號并被采集系統(tǒng)采錄。系統(tǒng)將結(jié)合壓力和流量的變化特征，判斷泄漏是否發(fā)生，通過測量泄漏時產(chǎn)生的瞬時壓力波到達上、下端的時間差和管道內(nèi)壓力波的傳播速度計算出泄漏點的位置。工作原理如圖1所示。

圖1　LDSAKER管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)工作原理

為了克服管道噪聲等因素的干擾，采用小波變換分析負壓波的傳播規(guī)律和管道內(nèi)的噪聲、水擊波等變換特點，并結(jié)合管道管壁的彈性和液體的物理參數(shù)、物理特性進行分析、處理、計算。對于一般輸送原油的鋼質(zhì)管道而言，負壓波傳播速度約為1．0 ～1．2 km／s。該項技術的分析方法對于突發(fā)性泄漏比較敏感，適合監(jiān)視因人為因素引起的泄漏，但是對于緩慢的腐蝕滲漏不十分敏感。

負壓波的瞬時傳播速度與介質(zhì)的溫度、黏度、管道材料、管徑、彈性模量等參數(shù)有關。對由于管線的工況參數(shù)及被輸介質(zhì)的理化性質(zhì)和溫度等引起壓力波的傳遞速度及衰減速度造成的衰減變化，需進行必要的補償和修正即可實現(xiàn)準確定位。

該系統(tǒng)根據(jù)負壓波法和質(zhì)量平衡等方法的檢測原理，采用模糊算法和邏輯判斷方法，不但可以對輸油管道所發(fā)生的泄漏等異常事故準確報警、定位，同時還可以計算出泄漏量。

2．2 系統(tǒng)構(gòu)成

輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、中央分析處理系統(tǒng)3大部分組成，其構(gòu)成如圖2所示。

2．2．1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是安裝在首、末站的壁掛式采集系統(tǒng)，對首、末2站的壓力、流量數(shù)據(jù)進行高速采集，并進行預處理、壓縮、打包，由通訊系統(tǒng)發(fā)送到中央處理系統(tǒng)進行分析、處理。

2．2．2 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)預處理后得數(shù)據(jù)迅速、準確、高速地傳送到中央分析處理系統(tǒng)。

圖2　LDSAKER管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)構(gòu)成

2．2．3 中央分析處理系統(tǒng)

中央分析處理系統(tǒng)對接收到的首、末站信息進行分析、計算、處理，確定泄漏時間、位置和泄漏量，并在90s內(nèi)發(fā)出聲、光報警提示。系統(tǒng)界面友好，實時顯示所監(jiān)測管段的壓力、流量曲線和數(shù)據(jù)。

2．2．4 系統(tǒng)軟件工作流程

系統(tǒng)軟件工作流程如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)軟件工作流程

3　現(xiàn)場應用

某采油廠輸油管網(wǎng)為?279mm×6mm螺紋焊接的大型輸油管網(wǎng)，其走向如圖4所示。該管網(wǎng)以1?！?＃站輸油管線為主管線，2＃站與3＃站來油分別在不同點匯入主管線，同時輸往1＃站。自安裝LDSAKER管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)以來，該管線監(jiān)測到各類泄漏30余次，無一漏報，且定位準確。

2013-09-29，該管線發(fā)生泄漏，系統(tǒng)記錄顯示：2013-09-29T20∶19∶24泄漏開始，1min后，LDSAKER管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出報警，報警原因為瞬時輸差超限，至2013-09-29 T21∶50∶29泄漏結(jié)束。該次泄漏歷時1h 31min 15 s，泄漏平均速度約為4．7m3／h，總泄漏量約為7．15m3，定位在距4＃站14．78 km處，由于報警及時，漏失原油全部繳回。1＃～4＃站輸油管網(wǎng)2013-09-29 T20∶19∶24泄漏時，LDSAKER管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的報警曲線界面如圖5所示。

圖4　某采油廠1＃站～4＃站輸油管網(wǎng)走向示意

圖5　1?！?＃站輸油管網(wǎng)2013-09-29 T20∶19∶24泄漏時的報警曲線界面

4　結(jié)語

LDSAKER管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)已在國內(nèi)外的大型輸油管網(wǎng)得到了實際應用，并且取得了良好的成效。該系統(tǒng)集泄漏監(jiān)測和生產(chǎn)管理于一體，其智能化的管理模式彌補了以前管理上的不足，不但對所監(jiān)測管道的泄漏等異常情況進行提示報警及定位，而且記錄監(jiān)測管道的日常運行情況，及時有效地給出管道兩端的壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)。在保障油田生產(chǎn)安全的同時，又便于管理部門的生產(chǎn)管理，油田現(xiàn)場實際應用效果良好。

［1］ 上官慶輝．埋地管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)［J］．油氣田地面工程，2014（7）：15．

［2］ 曹慧軍，崔航，胡欣，等．海底管道在線監(jiān)測技術及水下光纖的應用［J］．石油礦場機械，2014，43（8）：73-77．

［3］ 王桂增，方崇智．管線的狀態(tài)監(jiān)測與泄漏診斷［J］．化工自動化與儀表，1962（6）：21-25．

［4］ 靳世久，唐秀家，王立寧，等．原油管道泄漏檢測與定位［J］．儀器儀表學報，1997（4）：7-12．

［5］ 冉小俊，張建昌，趙生祥．基于負壓波的原油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的失效及預防［J］．石油化工應用，2012（7）：99-101．

Application of LD-SAKER Pipeline Leakagemonitoring Alarm Positioning System

LI Huan
（CNPC International（Chad）Co．，Ltd．，Beijing100000，China）

InLDSAKER pipeline leakagemonitoring alarm positioning system，negative pressure wave propagation velocity in crude oil pipelines was used to analyze the working condition of pipeline leakage．The leakmonitoring and productionmanagement are combined in one system，the curves of pressure and flow rate working condition of pipeline leak are used tomonitor the leakage in pipeline to find leakage location judging pressure fluctuation at w orking point and the time used for wave spreading during the said fluctuation at the end point．In this way，the alarm not only indicates the abnormal condition of leakage but tells the leakage location as well，thus effectively to show the data，such as pressure，flow rate and tem perature，w hich supplements themanagement shortage and im proves productionmanagement．The LDSAKER was applied in oilfield with good efficiency，social and economical value．

pipeline；leakagemonitoring alarm；positioning sy stem

TE973．6

B

10．3969／j．issn．10013842．2015．03．021

10013482（2015）03008304

①2014-10-13

李 歡（1982-），男，山東榮成人，碩士，主要從事油田工程建設工作。