田 遠(yuǎn)劉 靚王 璐

1.中國(guó)石化集團(tuán)管道儲(chǔ)運(yùn)公司 運(yùn)銷處 （江蘇 徐州 221006）

2.中國(guó)石化集團(tuán)管道儲(chǔ)運(yùn)公司 華東管道設(shè)計(jì)研究院 （江蘇 徐州 221006）

3.中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司 （河北 廊坊 065000）

管道運(yùn)輸具有運(yùn)輸量大、受地形限制小、密閉安全和能耗少運(yùn)費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)，使管道輸送成為運(yùn)輸原油和其產(chǎn)品的理想方式。但是管道運(yùn)輸面臨著泄漏的危險(xiǎn)，隨著管道長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行損耗、輸油設(shè)備的老化以及打孔盜油，泄漏事故經(jīng)常發(fā)生，給人們的健康、財(cái)產(chǎn)造成了很大的威脅。如果能在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)管道泄漏的具體位置，可以有效地降低對(duì)財(cái)產(chǎn)及人們健康的影響[1]。在原油管道的運(yùn)行過(guò)程中，一套靈敏度高、定位準(zhǔn)確、能夠?qū)崟r(shí)的泄漏檢測(cè)系統(tǒng)顯得尤為重要。

1 管線概況

日照-儀征原油管道從山東省日照市嵐山港區(qū)至江蘇省儀征市的儀征中轉(zhuǎn)油庫(kù)，線路總長(zhǎng)度為390km，沿途經(jīng)過(guò)山東省日照市嵐山區(qū),江蘇省連云港市贛榆縣、東海縣,宿遷市沭陽(yáng)縣,淮安市淮陰區(qū)、清浦區(qū)、洪澤縣、盱眙縣、金湖縣,安徽省天長(zhǎng)市和江蘇省揚(yáng)州市儀征市。目前日儀原油管道是我國(guó)管徑最大的原油管道，390km輸油管線中有310km選用φ914mm×12.7mm L450的螺旋縫埋弧焊鋼管，80km的穿跨越段選用 φ914mm×15.9mm（17.5）L450 的直縫埋弧焊鋼管。全線共設(shè)1個(gè)輸油處，1個(gè)調(diào)度控制中心、1個(gè)搶維修中心和5座輸油站場(chǎng)，5座輸油站分別為日照輸油站、東海輸油站、觀音輸油站、淮安輸油站和末站儀征輸油站。

2 泄漏檢測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

系統(tǒng)由安裝于日照首站、東海站、淮安站、觀音站和儀征末站的信號(hào)調(diào)理器和安裝于調(diào)度控制中心的中心站計(jì)算機(jī)組成。調(diào)度控制中心位于日照，遠(yuǎn)程監(jiān)視管理中心位于徐州，都設(shè)有工作站，日照和徐州具有相同的管理權(quán)限。泄漏監(jiān)測(cè)軟件是通過(guò)OPC（OLE for process control）接口與SCADA系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)各輸油站控所接收的管道輸油時(shí)的進(jìn)出站壓力、流量、溫度等運(yùn)行參數(shù)，調(diào)控中心通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集到的管線輸油運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行處理和分析，發(fā)現(xiàn)有異常壓力波動(dòng)時(shí)，通過(guò)對(duì)比分析上下站運(yùn)行參數(shù)，確定管線是否發(fā)生泄漏。當(dāng)日儀線管線有漏油時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)有報(bào)警提示，并通過(guò)計(jì)算來(lái)確定漏油點(diǎn)的具體位置。

日照-儀征原油管道基于SCADA系統(tǒng)的管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的組成如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

圖1 日儀線泄漏檢測(cè)系統(tǒng)

日儀線原油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整個(gè)軟件設(shè)計(jì)基于虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW。調(diào)度控制中心負(fù)責(zé)通過(guò)OPC接口實(shí)時(shí)獲得來(lái)自SCADA服務(wù)器各輸油站的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)壓力數(shù)據(jù)序列的波形模式的變化，初步判斷發(fā)生泄漏后，發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)定位泄漏點(diǎn)，調(diào)控中心也可以通過(guò)手動(dòng)定位來(lái)確認(rèn)管線是否泄漏，保存泄漏數(shù)據(jù)的同時(shí)向SCADA服務(wù)器回傳泄漏報(bào)警定位信息以供通知泄漏點(diǎn)管段所在的上、下輸油站[2]。日儀原油管線泄漏檢測(cè)系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)接收、泄漏分析判斷、泄漏點(diǎn)位置確定和數(shù)據(jù)分析的功能。

3 泄漏檢測(cè)與定位的原理

日儀線原油管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)主要采用負(fù)壓波檢測(cè)泄漏并對(duì)泄漏點(diǎn)的具體位置進(jìn)行分析與確定，從而第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)漏油點(diǎn)，減少油品損耗，降低對(duì)環(huán)境及人們的危害。日儀線泄漏檢測(cè)系統(tǒng)把整條管線分4個(gè)管段進(jìn)行檢測(cè)，分別是日照—東海段、東?！窗捕?、淮安—觀音段和觀音—儀征段，主要采集管線壓力、溫度和流量。

在日儀線正常運(yùn)行的過(guò)程中若管線突然發(fā)生泄漏事故，則該泄露點(diǎn)會(huì)即刻因原油流體損失而造成局部密度減小，進(jìn)而產(chǎn)生瞬時(shí)壓力降和速度差，該瞬時(shí)壓力降作用在流體介質(zhì)上會(huì)作為減壓波源通過(guò)介質(zhì)以聲速向泄漏點(diǎn)的上下游傳播，以管線正常運(yùn)行時(shí)的壓力作為參考標(biāo)準(zhǔn)，則泄漏時(shí)產(chǎn)生的減壓波就稱為負(fù)壓波。不同的介質(zhì)中，傳播的速度也不一致，在原油管道中的傳播速度要快于天然氣的管道。在泄漏點(diǎn)兩端或上下泵站安裝的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)會(huì)接收瞬態(tài)壓力波信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理分析系統(tǒng)對(duì)壓力波信號(hào)進(jìn)行分析處理，可以確定泄漏點(diǎn)上下游負(fù)壓波的傳播速度，結(jié)合接收到的瞬時(shí)壓力降的波形和上下游接收到壓力波信號(hào)的時(shí)間差就可以確定管線泄漏點(diǎn)的具體位置。負(fù)壓波檢測(cè)原理也可由圖2所示:泄漏點(diǎn)位置可由公式（1）計(jì)算得出:

圖2 負(fù)壓波泄漏檢測(cè)原理

式中 D—泄漏點(diǎn)距上游傳感器的距離，m；

L—管道全長(zhǎng)，m；

v—原油在管道中的流速，m/s;

x—壓力波速，m/s;

t1,t2—分別為上下輸油站接收到瞬時(shí)壓降需要的時(shí)間，s；

Δt—上下輸油站接收到負(fù)壓波的時(shí)間差，s。

從公式（1）中可以知道影響泄漏定位準(zhǔn)確的因素主要是:①負(fù)壓波傳播到上下輸油站傳感器的時(shí)間差（要求兩站的系統(tǒng)時(shí)間保持一致），時(shí)間上如果偏差1s則會(huì)給泄漏點(diǎn)位置的確定造成1000m左右的誤差；②管道內(nèi)負(fù)壓波波速的確定，負(fù)壓波在輸油管道中的傳播速度一般在1000～1200m/s之間[3]。

4 實(shí)例分析

通過(guò)對(duì)日儀原油管線實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中遇到的一些壓力異常的分析來(lái)驗(yàn)證該泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的可行性。2012年12月14日，日儀線淮安輸油站調(diào)度人員匯報(bào)其進(jìn)站壓力持續(xù)下降，初步懷疑有泄漏的可能，調(diào)度控制中心通過(guò)日儀線泄漏檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)東海輸油站的出站壓力和淮安輸油站管段的進(jìn)站壓力進(jìn)行分析判斷，具體壓力趨勢(shì)圖如圖3所示。

圖3 東?！窗草斢凸芏螇毫厔?shì)圖

從圖3中可以看出在6:30左右淮安進(jìn)站的壓力由1.80MPa下降到1.14MPa,而此時(shí)東海的出站壓力并沒(méi)有下降，面對(duì)這種東海輸油站出站壓力平穩(wěn)而淮安輸油站進(jìn)站壓力不斷下降的情況，結(jié)合負(fù)壓波的傳播原理，可能在東海-淮安輸油管段某處存在漏油的可能，從而使減壓波傳至淮安輸油站，導(dǎo)致該站進(jìn)站壓力下降。通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)該管段進(jìn)行了泄漏的手動(dòng)定位，如圖4所示。

圖4 泄漏管段定位

該系統(tǒng)可以快速給出可能泄漏的位置，這樣便于快速到達(dá)可能存在漏油現(xiàn)場(chǎng)確定管線是否漏油。

5 小結(jié)

通過(guò)管道實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，可以排除影響管道安全運(yùn)行的隱患，如果有盜油可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并對(duì)盜油點(diǎn)進(jìn)行定位，能快速地對(duì)管道進(jìn)行搶修，從而減少了漏油對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)人們健康的影響。

日儀原油管道所采取負(fù)壓波原理的泄漏檢測(cè)，具有響應(yīng)速度快、漏點(diǎn)感應(yīng)精度高、定位原理簡(jiǎn)單和定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于比較小的泄漏或緩慢增加的泄漏反應(yīng)較弱，甚至檢測(cè)不到。由于切換輸油罐或?qū)φ{(diào)節(jié)閥的設(shè)置而造成的壓力波動(dòng)泄漏檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)存在誤報(bào)警。目前能解決檢測(cè)靈敏度與誤報(bào)警之間的矛盾和定位的準(zhǔn)確度對(duì)原油管線的實(shí)時(shí)監(jiān)控具有重要意義。日儀線全線沒(méi)有翻越點(diǎn)，不易造成不滿流，故負(fù)壓波的傳輸不會(huì)中斷，通過(guò)對(duì)管線實(shí)際運(yùn)行時(shí)遇到的泄漏進(jìn)行研究分析，負(fù)壓波泄漏檢測(cè)在日儀原油管道中具有可行性。

[1]鐘仕榮.泄漏定位系統(tǒng)在甬滬寧進(jìn)口原油管道的應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2004，23（8）:58-60.

[2]劉恩斌，李長(zhǎng)俊，彭善碧.應(yīng)用負(fù)壓波法檢測(cè)輸油管道的泄漏事故[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，41（11）:285-287.

[3]李文軍，王學(xué)英.油氣管道泄漏檢測(cè)與定位技術(shù)的現(xiàn)狀及展望[J].煉油技術(shù)與工程，2005，35（9）:49-52.