孫 瑩 大慶油田天然氣分公司

輕烴管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)集成技術(shù)

孫 瑩 大慶油田天然氣分公司

大慶油田天然氣分公司原有監(jiān)測系統(tǒng)具有分散、安裝時(shí)期不同、無集成的缺點(diǎn)，導(dǎo)致管道監(jiān)測系統(tǒng)管理難度大，通過集成技術(shù)將安裝的系統(tǒng)統(tǒng)一集成后，使全部系統(tǒng)納入統(tǒng)一管理，對提高管道監(jiān)測系統(tǒng)的整體管理水平具有重要意義。整個(gè)系統(tǒng)采用獨(dú)特的分散式主從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上位機(jī)和下位機(jī)合理負(fù)擔(dān)任務(wù)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。開發(fā)和升級后的系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)，成功地將監(jiān)測系統(tǒng)與天然氣分公司生產(chǎn)指揮系統(tǒng)連接，用戶可在生產(chǎn)指揮系統(tǒng)客戶端瀏覽系統(tǒng)監(jiān)測信息，實(shí)時(shí)掌握管道壓力和流量的動態(tài)變化。集成后的監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行正常，報(bào)警反應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)采集頻率均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的要求。

輕烴集輸管道；泄漏監(jiān)測；數(shù)據(jù)集成；報(bào)警；現(xiàn)場試驗(yàn)

大慶油田天然氣分公司擁有輕烴輸送管道39條，是國內(nèi)唯一的規(guī)模化、網(wǎng)絡(luò)化的輕烴集輸管網(wǎng)，為大慶油田所特有。近年來，社會上一些不法分子使用較先進(jìn)的通信交通工具和作案手段，盜竊集輸管線中的輕烴，泄漏事故頻繁發(fā)生。因此，研究已有管道泄漏監(jiān)測報(bào)警定位系統(tǒng)的軟件和設(shè)備升級以及管道的統(tǒng)一管理是十分必要的。

1 實(shí)施方案

1.1 方案的編制

通過現(xiàn)場實(shí)地勘察調(diào)研，對所涉及到的21條管線的基本情況進(jìn)行重新統(tǒng)計(jì)。依靠管線平面圖、實(shí)地測量、GPS定位等高科技手段，對管線實(shí)際走向、長度、拐點(diǎn)進(jìn)行了重新標(biāo)定和記錄；掌握管線工作壓力、瞬間流量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；對現(xiàn)場儀器、儀表安裝情況進(jìn)行了合理優(yōu)化，對最初安裝的3套舊系統(tǒng)的軟件進(jìn)行升級，與已安裝的系統(tǒng)相匹配。

2011年新安裝5套防盜泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)：安裝在北I-1至中三1#輕烴管道（?114 mm×7 mm，9 km）等5條共計(jì)36 km管線上，與先前安裝的16套系統(tǒng)一并納入天然氣分公司生產(chǎn)指揮系統(tǒng)。監(jiān)測中心設(shè)在儲運(yùn)大隊(duì)調(diào)度室，并通過局域網(wǎng)與天然氣分公司指揮系統(tǒng)客戶端相連。利用變送器對壓力及流量信號進(jìn)行采集后上傳并統(tǒng)一集中處理，成功地對微弱信號進(jìn)行了處理，對負(fù)壓波的傳播速度進(jìn)行了必要的修正，并開發(fā)抗干擾信號軟件，以達(dá)到精確定位管線泄漏位置的目的。

1.2 方案與實(shí)施

1.2.1 系統(tǒng)及功能

整個(gè)系統(tǒng)采用獨(dú)特的分散式主從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示。上位機(jī)以儲一、儲二的服務(wù)器為核心對所有管線的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、分析、預(yù)警、定位，并具有數(shù)據(jù)儲存、系統(tǒng)維護(hù)等功能；下位機(jī)以一體化嵌入式RTU為核心，內(nèi)置C語言應(yīng)用程序，對采集信號預(yù)處理及通信設(shè)備進(jìn)行管理和數(shù)據(jù)發(fā)送等。上位機(jī)和下位機(jī)合理負(fù)擔(dān)任務(wù)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。泄漏報(bào)警定位系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、中央數(shù)據(jù)監(jiān)視處理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程瀏覽系統(tǒng)四大部分組成，完成分路采集、兩級集中監(jiān)測的目的[1]。

圖1 系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)

1.2.2 系統(tǒng)集成技術(shù)開發(fā)

（1）中心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢。大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫配合其前端開發(fā)工具，可方便地訪問、操作Web型數(shù)據(jù)庫。常用技術(shù)或語言有ASP、PHP等，最終可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中所有指定信息的瀏覽、查詢、打印等功能[2]。

（2）與其他異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的接口。由于系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫為大型通用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，因此，泄漏監(jiān)測系統(tǒng)與其他數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)或應(yīng)用程序之間的接口即為中心數(shù)據(jù)庫與其他數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)或應(yīng)用程序之間的接口。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均為符合C語言標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以通過應(yīng)用程序查看、分析和報(bào)告數(shù)據(jù)庫中的實(shí)時(shí)、歷史和其他數(shù)據(jù)。

（3）開發(fā)遠(yuǎn)程瀏覽子系統(tǒng)。在新開發(fā)的遠(yuǎn)程瀏覽子系統(tǒng)中，充分考慮了與生產(chǎn)指揮系統(tǒng)軟件的兼容性，使泄漏檢測系統(tǒng)能夠非常方便地接入指揮系統(tǒng)。生產(chǎn)指揮平臺上的授權(quán)用戶通過系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)掌握被監(jiān)測管道的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對管道泄漏報(bào)警情況的掌控，但平臺上的用戶只具備對數(shù)據(jù)的讀取權(quán)，不能對系統(tǒng)進(jìn)行操作，這樣可避免對系統(tǒng)下位機(jī)的更多直接訪問，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的兩級管理。

1.2.3 系統(tǒng)升級改造及界面整合

天然氣分公司現(xiàn)有的報(bào)警定位系統(tǒng)屬不同時(shí)期完成，原設(shè)計(jì)都是針對單一管線的，界面相互獨(dú)立，因此本次集成對最早安裝的5套定位系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，對部分站點(diǎn)所用的設(shè)備進(jìn)行了升級，并進(jìn)行了界面統(tǒng)一整合，一并接入生產(chǎn)指揮系統(tǒng)。系統(tǒng)整合后界面如圖2所示。改造內(nèi)容：①對杏一計(jì)量間、南一儲庫所用設(shè)備進(jìn)行更換，包括采集系統(tǒng)所有模塊及RTU；②薩南更換采集器RTU，并進(jìn)行系統(tǒng)升級；③總庫、總外輸、紅壓、杏Ⅴ-1、杏三、杏三丁字口系統(tǒng)升級。

圖2 系統(tǒng)整合后界面

2 現(xiàn)場試驗(yàn)效果

為檢驗(yàn)輕烴防盜泄漏監(jiān)測集成技術(shù)的應(yīng)用效果，從2011年6月開始對21條安裝了輕烴防盜泄漏監(jiān)測設(shè)備的管道進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)效果跟蹤。

試驗(yàn)應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)采用帶有獨(dú)立CPU的緊湊型可編程控制器，能夠進(jìn)行獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集和處理。系統(tǒng)包括模擬量采集模塊和數(shù)字量采集模塊，可同時(shí)采集8路模擬信號，單路采樣速率可達(dá)100 ms，其中模擬量采集模塊精確度可達(dá)±0.1%以上，數(shù)字量采集模塊有單通道獨(dú)立的計(jì)數(shù)器。

（1）試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)。2011年8月18日，在薩南輕烴閥組進(jìn)行薩南至南一輕烴管道輕烴防盜泄漏監(jiān)測集成技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)。

（2）試驗(yàn)過程及效果。試驗(yàn)采取關(guān)、開薩南輕烴出口閥門模擬輕烴泄漏事故的方式，使管道內(nèi)產(chǎn)生壓力波動和流量變化，觀察控制室顯示及報(bào)警情況。報(bào)警條件設(shè)置為薩南（首站）與南一（末站）壓降同時(shí)達(dá)到0.01 MPa時(shí)系統(tǒng)報(bào)警。通過上述試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：①當(dāng)壓降達(dá)到設(shè)定報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)正常報(bào)警，報(bào)警率達(dá)到100%；②系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間最長為58 s，最短為20 s；③數(shù)據(jù)采集頻率：壓力10 s-1，流量10 s-1。從全部21管道現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果可知，安裝的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)工作正常，系統(tǒng)最長報(bào)警反應(yīng)時(shí)間為76 s，除杏Ⅴ-1至紅壓2#輕烴管道上安裝的系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集頻率為8 s-1，其他系統(tǒng)均達(dá)到了10 s-1，與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的報(bào)警時(shí)間（90 s）和數(shù)據(jù)采集頻率10 s-1（壓力）、2 s-1（流量）相比，均在計(jì)劃指標(biāo)要求內(nèi)。

3 結(jié)論及建議

（1）大慶油田天然氣分公司原有監(jiān)測系統(tǒng)具有分散、安裝時(shí)期不同、無集成的缺點(diǎn)，導(dǎo)致管道監(jiān)測系統(tǒng)管理難度大，通過集成技術(shù)將安裝的系統(tǒng)統(tǒng)一集成后，使全部系統(tǒng)納入到統(tǒng)一管理，對提高管道監(jiān)測系統(tǒng)的整體管理水平具有重要意義。

（2）開發(fā)和升級后的系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)，成功地將監(jiān)測系統(tǒng)與天然氣分公司生產(chǎn)指揮系統(tǒng)相接，用戶可在生產(chǎn)指揮系統(tǒng)客戶端瀏覽系統(tǒng)監(jiān)測信息，實(shí)時(shí)掌握管道壓力和流量的動態(tài)變化。

（3）集成后的監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行正常，報(bào)警反應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)采集頻率均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的要求。

（4）建議在后續(xù)的系統(tǒng)開發(fā)中增加實(shí)時(shí)在線專家分析系統(tǒng)，對干擾系統(tǒng)、引起假報(bào)警的因素進(jìn)行在線分析，排除假報(bào)警，使該系統(tǒng)能夠更好地監(jiān)測偷盜行為，提高管道管理水平，為研究管道防盜、防泄漏方法提供依據(jù)。

[1]于殿強(qiáng)．輸油管道泄漏監(jiān)測技術(shù)在勝利油田的應(yīng)用[J]．石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2004（9）：4．

[2]李惠，周文松，歐進(jìn)萍，等．大型橋梁結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測系統(tǒng)集成技術(shù)研究[J]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)報(bào)，2006（2）：3．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.019

2015-07-10