[摘 要]針對遼河油田原油的特性和輸油管道的狀況，研制了一套輸油管道泄漏實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實時的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理，實現(xiàn)對輸油管道在線的泄漏檢測和定位。系統(tǒng)采用了瞬態(tài)負壓波法對管道進行實時監(jiān)測，突破了常規(guī)管道泄漏檢測方法和裝置的缺陷，首次采用了小波分析信號處理方法，實現(xiàn)從噪聲中準確提取信號，大大提高泄漏點定位精度。系統(tǒng)軟件中應(yīng)用了GPS技術(shù)來統(tǒng)一計算機的基準時間，并采用動態(tài)調(diào)用的方式，每小時進行一次時間校正，防止計算機時間芯片的漂移。為管道泄漏檢測領(lǐng)域提供了新的思路和方法。目前該泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在金馬公司海一聯(lián)—坨首站線輸油管道上的試驗應(yīng)用已獲得成功。

[關(guān)鍵詞]輸油管道 泄漏 實時監(jiān)測系統(tǒng) 應(yīng)用

中圖分類號：TE978 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0018-01

1 現(xiàn)狀及存在問題

現(xiàn)有輸油管道218條，9條長輸干線，累計長度352公里。年輸油能力100萬噸左右，最高輸油溫度90℃，最大輸油壓力1.8MPa。由于管道使用年限長，最早的管道1987年建成投產(chǎn)的，距現(xiàn)在已有20年，建設(shè)時期防腐施工技術(shù)不成熟，導致管道老化、腐蝕嚴重。加之不法分子時常竊機打孔盜油搞破壞，致使輸油管道泄漏時有發(fā)生，影響了正常的生產(chǎn)秩序，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，1995年—2005年輸油管道累計穿孔超過20次，其中穿孔事故15次，打孔盜油5次，最長停輸時間28小時，每次造成經(jīng)濟損失達數(shù)拾萬元。由于輸油管道很長，穿越的地理環(huán)境復雜，靠常規(guī)人工巡線難于發(fā)現(xiàn)，如何能夠?qū)崟r監(jiān)測到泄漏事故的發(fā)生，盡快定出泄漏點的位置，是迫切需要解決的生產(chǎn)問題。為此，確定研究開發(fā)“輸油管道泄漏自動監(jiān)測系統(tǒng)”。

2 技術(shù)原理

管道泄漏的檢測方法總體上分為內(nèi)部檢測和外部檢測方法，外部檢測方法又可分為化學方法、流量平衡法、壓力差法、應(yīng)力波法、實時模型法和負壓波法等方法，

本系統(tǒng)主要采用負壓波法進行監(jiān)測。輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)需要根據(jù)采集到的壓力信號序列，實時分析壓力信號的變化趨勢，判斷管道是處于正常運行狀態(tài)，還是處于故障狀態(tài)。初步判斷為事故發(fā)生后，發(fā)出預報警信號，提示工作人員注意。系統(tǒng)對初步分析發(fā)現(xiàn)的故障狀況進一步細化分析，確定故障類型。在管道泄漏監(jiān)測的過程中，主要采用了信號自動分段技術(shù)。

信號自動分段方法的基本原理是，先用一個固定的窗選取平穩(wěn)運行的信號作為參考段，不斷地與當前信號作比較，非平穩(wěn)性可以由段之間的過程統(tǒng)計特性和頻譜特性的變化顯示出來。一般根據(jù)幾種反映各段特性差異大小的判據(jù)，當判據(jù)大過一定的閾值時，就認為信號進入了另一段。對壓力、流量等參數(shù)的自動分段，選用以下幾種反映信號波形結(jié)構(gòu)變化的統(tǒng)計特性參數(shù)：

3 輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 計算機泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測管道的運行狀態(tài)。為了進行管道的泄漏檢測，根據(jù)管道的具體情況，在管道的首站、末站分別采集進、出站壓力和溫度運行參數(shù)，將全部數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器，根據(jù)實時收集到的信息，綜合判斷管線是否有泄漏發(fā)生，并對漏點定位。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)通過實時的數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)在線泄漏檢測和定位。遠程終端將采集的流量、壓力、溫度等參數(shù)傳遞給監(jiān)控中心，以對管道的運行狀況進行實時監(jiān)控。當檢測到泄漏時，發(fā)出報警信號。

3.2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)在將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用在管道泄漏檢測中，開發(fā)了原油管道泄漏自動監(jiān)測系統(tǒng)，綜合運用了數(shù)字濾波、中值濾波、頻譜分析等各種信號處理函數(shù)以及小波分析等先進的信號處理技術(shù)，為現(xiàn)場應(yīng)用提供了方便。

3.2.2 軟件系統(tǒng)的功能

監(jiān)測系統(tǒng)的軟件分為子站和中心站兩個部分，子站采集管道運行壓力數(shù)據(jù)并實時向中心站發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)；中心站實時接收數(shù)據(jù)，監(jiān)測壓力數(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)出報警，提示操作人員進入泄漏定位程序，進一步判斷是否發(fā)生泄漏并計算泄漏點位置。監(jiān)測軟件主要包括以下幾個功能模塊：

3.2.2.1 子站數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)采集部分采集各路信號，將壓力信號的變化情況在趨勢圖中顯示，數(shù)據(jù)傳輸部分將壓力數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)或電話線發(fā)送，供服務(wù)器使用，運用負壓波法、壓力梯度法等多種管道泄漏檢測方法，對采集到的工況數(shù)據(jù)進行分析判斷，確定是否有泄漏發(fā)生。

3.2.2.2 中心站數(shù)據(jù)接收及泄漏判斷模塊

中心站數(shù)據(jù)接收模塊實時接收各路壓力信號，綜合運用負壓波法、壓力梯度法等多種管道泄漏檢測方法，對采集到的工況數(shù)據(jù)進行分析判斷，確定是否有泄漏發(fā)生，如判斷為有泄漏，就發(fā)出報警信息，提示操作人員進入泄漏定位程序。

3.2.2.3 實時通訊模塊

實時通訊模塊根據(jù)現(xiàn)場情況可采用調(diào)制解調(diào)器（Modem）通訊方式，也可采用無線網(wǎng)絡(luò)（TCP/IP）通訊方式，正常時為綠燈，不正常時為紅燈。只要網(wǎng)絡(luò)線路暢通，中心站就能自動與子站建立鏈接，從而傳輸輸據(jù)。

3.2.2.4 GPS校時模塊

GPS校時模塊每到一定的時刻就工作一次，該模塊接受來自衛(wèi)星接收機的信息，獲取標準時間，并將計算機系統(tǒng)時間修改為標準時間，這樣使各計算機系統(tǒng)時間統(tǒng)一為一個時間基準。

3.2.2.5 漏點定位模塊

漏點定位模塊是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，漏點定位模塊運用了小波變換，準確地檢測出壓力信號的特征，在實際應(yīng)用中精確地定出泄漏點的位置，同時將泄漏報警時間、泄漏點位置等參數(shù)保存起來以供日后分析。

3.2.2.6 歷史數(shù)據(jù)分析模塊

歷史數(shù)據(jù)分析模塊包括歷史壓力顯示、報警記錄、泄漏定位記錄，報警記錄顯示報警時間，泄漏定位記錄顯示泄漏點的位置和泄漏發(fā)生的時刻。

3.2.2.7 參數(shù)設(shè)置模塊

參數(shù)設(shè)置模塊可以設(shè)置各泵站電話號碼或其它站的TCP/IP參數(shù)，另外，系統(tǒng)一開機就一直運行，為限制非操作人員的使用權(quán)限，設(shè)置了系統(tǒng)退出密碼，只有正確輸入退出密碼，才可以退出系統(tǒng)。 系統(tǒng)研制采用了多種先進的監(jiān)測技術(shù)和信號處理方法，為管道泄漏檢測領(lǐng)域提供了新的思路和方法，其技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，而且達到國際同類系統(tǒng)的先進水平。

4 結(jié)論

“輸油管道泄漏實時監(jiān)測系統(tǒng)”在長輸管線上的應(yīng)用，通過準確報警和精確定位信息，對長輸管道進行實時監(jiān)測。解決了多年來困擾我們無法檢測管道泄漏的難題。制止違法犯罪行為、避免重大惡性事故發(fā)生，減少環(huán)境污染，為生產(chǎn)的正常運行提供了技術(shù)保障?！拜斢凸艿佬孤崟r監(jiān)測系統(tǒng)”采用瞬態(tài)負壓波法對管道進行實時監(jiān)測系統(tǒng)從理論和結(jié)構(gòu)上突破了常規(guī)管道泄漏檢測方法和裝置的缺陷，首次采用了小波分析信號處理方法，實現(xiàn)從噪聲中準確提取信號，大大提高泄漏點定位精度。系統(tǒng)軟件部分還應(yīng)用GPS技術(shù)來統(tǒng)一各站計算機的基準時間，為管道泄漏檢測領(lǐng)域提供了新的思路和方法，其技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。在液體輸送管道的泄漏檢測和定位方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

作者簡介：武春陽（1988-今），男，遼寧盤錦人，助理工程師，2007年畢業(yè)于西南石油大學石油工程專業(yè)，獲工學學士學位?，F(xiàn)在遼河油田金馬公司采油二區(qū)工作。