陶傳剛 中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010

輸油管道泄漏檢測的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陶傳剛 中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010

輸油管道泄漏檢測的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用三點(diǎn)一線式結(jié)構(gòu)，集成了傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)和自動化技術(shù)。描述了系統(tǒng)的組成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)采集。采用了瞬態(tài)負(fù)壓波法、流量輸差法以及壓力流量綜合法等多種泄漏診斷方法。該系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。

輸油管道；泄漏檢測；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

引言

世界各國的石油化工行業(yè)把管道輸送作為一種重要而經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式。但是隨著管道老化、腐蝕以及其他自然或人為等原因，導(dǎo)致管道泄漏事故頻頻發(fā)生，不僅嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)，還會造成大片耕地面積被毀，形成環(huán)境污染以及可能形成可燃物質(zhì)流失引起的火災(zāi)事故。因此管道的維護(hù)及防漏檢漏成為不可忽視的問題。

一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式采用三點(diǎn)一線式，即管理監(jiān)測站、現(xiàn)場工作站、調(diào)度室服務(wù)器和通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了分散控制、集中管理和操作的功能。

工作站負(fù)責(zé)信號的采集、處理以及本站各參數(shù)信號的實(shí)時顯示，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給調(diào)度室服務(wù)器。它由獨(dú)立運(yùn)行的三部分組成，分別為（1）壓力、溫度和流量的處理模塊；（2）負(fù)壓波檢測模塊；（3）數(shù)據(jù)庫操作模塊。

調(diào)度室服務(wù)器主要完成對各工作站的實(shí)時監(jiān)測、泄漏報(bào)警、泄漏點(diǎn)定位、歷史數(shù)據(jù)查看和打印等功能。數(shù)據(jù)存放采用數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，每個站點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)分別存放在各自的數(shù)據(jù)表里，每個站點(diǎn)對應(yīng)一個泄漏數(shù)據(jù)表。服務(wù)器也由三大部分組成，分別為（1）顯示各站點(diǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)模塊；（2）泄漏診斷模塊；（3）數(shù)據(jù)庫管理模塊。

管理監(jiān)測站是利用LABVIEW的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能，通過網(wǎng)絡(luò)可在任何一個地方對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在現(xiàn)有局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上利用無線通訊網(wǎng)絡(luò)組成整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場工作站2通過光纖與局域網(wǎng)連接；工作站1，3，4，5，點(diǎn)對點(diǎn)分別安裝一對10MHz或以上的高速產(chǎn)品BU-DS.11和RU-DS.11及一面24dBi定向天線，組成無線通訊網(wǎng)絡(luò)；無線網(wǎng)絡(luò)接入就近的網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)之間無縫透明連接，支持所有上層協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件。

注：描述的工作站1、2、3、4、5，即圖1中的工1、工2、工3、工4、工5。

1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。管道溫度由A級Pt100鉑電阻測量，靜壓采用較高精度的壓力智能變送器測量，流量可采用雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)/質(zhì)量流量計(jì)。為了便于遠(yuǎn)距離傳輸，壓力和溫度的測量信號都是以4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流環(huán)輸出。采集卡具有16-bit轉(zhuǎn)換分辨率、光隔離模入接口、可與標(biāo)準(zhǔn)的圖形化編程軟件輕松集成。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1.3 時間同步系統(tǒng)

GPS校時模塊，每隔一定周期就同步一次調(diào)度室服務(wù)器的內(nèi)部時鐘，使服務(wù)器獲取標(biāo)準(zhǔn)時間。然后通過網(wǎng)絡(luò)同步所有工作站的時間，從而使整個網(wǎng)絡(luò)的時鐘保證準(zhǔn)確一致。具體實(shí)現(xiàn)方法是在LABVIEW平臺下用執(zhí)行命令函數(shù)來執(zhí)行net use和net time命令，使各個工作站每隔一定周期讀取一次服務(wù)器的系統(tǒng)時間來校正自己的系統(tǒng)時間。

二、定位和判漏

管道泄漏的檢測方法有多種，一般分為直接檢測和間接檢測。直接檢測法主要是基于硬件對泄漏物的直接檢測，例如，直接觀察法、檢漏電纜法、放射性示蹤法、光纖檢漏法等；間接檢測是基于軟件對流體的參數(shù)進(jìn)行測量，根據(jù)參數(shù)的變化來判斷是否發(fā)生泄漏并定位，例如瞬態(tài)負(fù)壓力波法、統(tǒng)計(jì)檢漏法、流量輸差法等。

由于管道材質(zhì)、油品物性、環(huán)境因素、泄漏形式等的多樣性，通常要根據(jù)現(xiàn)場情況，結(jié)合多種方法進(jìn)行泄漏診斷。以下論述幾點(diǎn)關(guān)于泄露的測量方法。

2.1 瞬態(tài)負(fù)壓波檢漏

所謂壓力波實(shí)際上是在管輸介質(zhì)上傳輸?shù)穆暡?。?dāng)管道發(fā)生泄漏時，由于管道內(nèi)外的壓差，泄漏點(diǎn)的流體迅速流失，壓力下降，泄漏點(diǎn)兩邊的流體由于壓差而向泄漏點(diǎn)補(bǔ)充。這一過程迅速向上下游傳遞，相當(dāng)于泄漏點(diǎn)處產(chǎn)生了以一定速度傳播的負(fù)壓力波。根據(jù)泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓力波傳播到上下游的時間差和管內(nèi)壓力波的傳播速度就可以計(jì)算出泄漏點(diǎn)的位置。

首先利用中值濾波和取均值的方法來處理壓力信號，然后采用邏輯判斷方法檢測負(fù)壓波。

由于各種因素如流體的密度、壓力、比熱和管道材質(zhì)等影響，負(fù)壓力波在管道中傳播速度不一定是常數(shù)，而可能是一個變量，因此需要采用一種線性模型來修正傳統(tǒng)定位方式。具體方法如下：在工作站上，每0.1s取一個壓力值，放入一個200維的棧中，形成20秒200個數(shù)的歷史數(shù)據(jù)段。取這200個數(shù)的均值和最小值，均值與最小值的差值再乘以報(bào)警閾值修正系數(shù)得到報(bào)警閾值。每一個新進(jìn)棧的壓力值與其前200個數(shù)的均值進(jìn)行比較，變化值如果超過報(bào)警閾值，則報(bào)警級別升高一級。如果報(bào)警級別連續(xù)升高達(dá)到所設(shè)定的報(bào)警級別閾值，則判斷發(fā)生泄漏。同時把報(bào)警級別為1時對應(yīng)的時間作為泄漏時間，供服務(wù)器定位使用。調(diào)整報(bào)警閾值修正系數(shù)和報(bào)警級別閾值的大小可以調(diào)整系統(tǒng)報(bào)警的壓力靈敏度及時間靈敏度。

2.2 壓力流量綜合檢漏

由于啟泵、停泵和調(diào)閥等正常操作，也會產(chǎn)生負(fù)壓波，而且與泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波信號非常相似，在實(shí)際應(yīng)用中，必須進(jìn)行區(qū)分。通常采用硬件的方法來區(qū)分，傳統(tǒng)的方法是在管道的兩端相隔一定的距離各加裝兩個壓力傳感器，通過判斷負(fù)壓力波的傳播方向進(jìn)行識別。這種方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝困難，不宜維護(hù)，成本較高。壓力流量綜合檢漏利用軟件的方法解決了這一問題。

壓力流量綜合檢漏法的具體實(shí)現(xiàn)為：首先利用瞬態(tài)負(fù)壓波法檢測到壓力下降，然后計(jì)算壓力下降發(fā)生時一段時間間隔內(nèi)首末站流量差的變化率，如果該變化率超過前一段相同時間間隔內(nèi)首末站流量差的變化率，則認(rèn)為發(fā)生泄漏，系統(tǒng)報(bào)警。本系統(tǒng)檢測2分鐘內(nèi)首末站流量差的變化率。

2.3 流量輸差檢漏

瞬態(tài)負(fù)壓力波檢漏比較適用于泄漏點(diǎn)處壓力發(fā)生突降的情況，大管道事故通常都具有這一特征，但對于緩慢發(fā)生的事故或已發(fā)生的事故，該方法具有一定的局限性。利用流量輸差檢漏來診斷滲漏的發(fā)生。對首末站的流量差進(jìn)行積分運(yùn)算，該值如超過某閾值，則認(rèn)為發(fā)生滲漏，發(fā)出報(bào)警。本系統(tǒng)每15分鐘計(jì)算一次流量差的積分值，判斷前30分鐘內(nèi)的流量差是否超過設(shè)定的閾值，如超過，系統(tǒng)發(fā)出滲漏報(bào)警。

三、結(jié)束語

通過對輸油管道的泄漏檢測，可準(zhǔn)確定位出管道的泄漏位置，從而達(dá)到第一時間判斷、第一時間處理并解決問題，為降低損耗，減少污染以及可能造成的其他危害提供了強(qiáng)有力的保證。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.103