史瑤華

摘 要 本文介紹管道泄漏檢測(cè)的幾種常見方法，主要說明了負(fù)壓波法泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的定位原理;分析了管道公司主要的兩種泄漏檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合應(yīng)用泄漏實(shí)例說明定位方法，總結(jié)得出兩種提高泄漏檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度和定位精確度的方法。

關(guān)鍵詞 管道泄漏檢測(cè);泄漏檢測(cè)系統(tǒng);負(fù)壓波法

1泄漏檢測(cè)的主要方法及評(píng)價(jià)

1.1 負(fù)壓波法

如果管道某處發(fā)生泄漏，泄漏處壓力會(huì)立即下降。管道內(nèi)會(huì)形成一個(gè)低于管道內(nèi)部壓力的低密度縱波，這種縱波被統(tǒng)稱叫作負(fù)壓波。產(chǎn)生的負(fù)壓波從泄漏點(diǎn)向管道兩端傳播，其傳播速度與介質(zhì)物性等因素有關(guān)。通常上下游站均安裝壓力傳感器，我們利用檢測(cè)得到的上下站收到負(fù)壓波信號(hào)的時(shí)間差和傳播速度計(jì)算泄漏點(diǎn)的位置。負(fù)壓波法主要適用于管道發(fā)生爆破性泄漏或者較大泄漏的情況。

1.2 壓力點(diǎn)分析法

正常運(yùn)行的管道，壓力及各項(xiàng)參數(shù)均會(huì)保持穩(wěn)定狀態(tài)。泄漏一旦發(fā)生，會(huì)破壞此前的穩(wěn)定狀態(tài)，并會(huì)過渡到新的穩(wěn)態(tài)。這一過程中管道中的壓強(qiáng)會(huì)隨之發(fā)生變化，并將變化的信號(hào)傳播至沿線各點(diǎn)。壓力傳感器檢測(cè)到的信號(hào)通常使用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行分析。根據(jù)信號(hào)值畫出壓力曲線的變化趨勢(shì)，與管道正常狀態(tài)的曲線趨勢(shì)做比較，從而確定是否發(fā)生泄漏。這種方法的缺點(diǎn)是需要在管道上安裝多個(gè)傳感器。

1.3 流量平衡法

可以利用進(jìn)出管道的流量數(shù)據(jù)是否平衡來判斷管道是否發(fā)生泄漏，但無法判斷泄漏點(diǎn)的具體位置。管道首末站一般均裝有流量計(jì)量設(shè)備，由于計(jì)量原理不同，誤差差別較大。流體的流量與其性質(zhì)及溫度、壓力有關(guān)，且泄漏流量相對(duì)于管道輸送量較小，所以精度較低，誤報(bào)較多，一般與其他方法配合使用。

2負(fù)壓波原理及定位方法

負(fù)壓波法靈敏度較高，定位精度較好，且易于維護(hù)，在密閉輸油管道上的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了較高的水平。該方法是基于處理分析從管段兩端壓力傳感器檢測(cè)到的包含泄漏信息的負(fù)壓波數(shù)據(jù)來檢測(cè)泄漏的發(fā)生，并利用泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波傳播到管道兩端的時(shí)間差計(jì)算出泄漏點(diǎn)具體位置。

3管道公司泄漏檢測(cè)系統(tǒng)概況

目前公司在用的管線泄漏檢測(cè)系統(tǒng)主要采用負(fù)壓波法，根據(jù)數(shù)據(jù)采集方式的不同，負(fù)壓波法又分為兩種方式：基于SCADA系統(tǒng)方式、獨(dú)立采集方式。

3.1 基于SCADA系統(tǒng)的泄漏檢測(cè)

此種方案各站不放置計(jì)算機(jī)子站，調(diào)控中心放置一臺(tái)泄漏檢測(cè)服務(wù)器，借助于SCADA系統(tǒng)，通過OPC接口與各站PLC或遠(yuǎn)控閥室RTU連接，獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，如：壓力、溫度、瞬時(shí)流量等。各站根據(jù)實(shí)際需要在壓力變送器輸出到PLC或RTU的輸入端之間加裝信號(hào)調(diào)理器，對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提供有用信號(hào)。

3.2 獨(dú)立與SCADA系統(tǒng)的泄漏檢測(cè)

此種方案各站放置數(shù)據(jù)采集子站下位機(jī)，負(fù)責(zé)采集站場(chǎng)的負(fù)壓波數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至泄漏檢測(cè)系統(tǒng)中心站上位機(jī)。泄漏檢測(cè)中心站上位機(jī)接收子站下位機(jī)上傳過來的數(shù)據(jù)包并存盤，并對(duì)子站數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)泄漏并定位泄漏點(diǎn)位置，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。

3.3 基于SCADA系統(tǒng)采集和獨(dú)立采集兩種方式的比較

比較兩種方式，獨(dú)立采集的系統(tǒng)有以下四點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①數(shù)據(jù)獨(dú)立采集，不依賴SCADA系統(tǒng)，穩(wěn)定性較好。②采樣率高，數(shù)據(jù)采樣準(zhǔn)確穩(wěn)定，信號(hào)質(zhì)量好。③泄漏檢測(cè)準(zhǔn)確，響應(yīng)快，能夠檢測(cè)到更小泄漏量的泄漏事件。④定位精度更高且誤報(bào)率較低?？傮w來說，因?yàn)楠?dú)立采集系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量更好，系統(tǒng)的整體性能都要優(yōu)于基于SCADA系統(tǒng)采集的方式。

4系統(tǒng)優(yōu)化措施

4.1 加密采樣點(diǎn)

上下站壓力采集點(diǎn)間距較大，負(fù)壓波傳播到監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)已衰減嚴(yán)重，過程中受噪聲干擾情況較為普遍。緩慢泄漏、開式流程等負(fù)壓波法無法及時(shí)報(bào)警、準(zhǔn)確定位工況，無法解決報(bào)警靈敏度和誤報(bào)率之間的矛盾，難以準(zhǔn)確定位。解決此難點(diǎn)的最有效方法，就是加密管段壓力采集，即利用閥室等條件增加泄漏檢測(cè)系統(tǒng)取壓點(diǎn)。

4.2 波速反算

波速的計(jì)算公式為：

從公式（1）可以看出，波速與多個(gè)因素有關(guān)，可以看出波速對(duì)定位的精確度很有影響。原油管道壓力波傳播速度約為 1000～1200m/s，魯寧線預(yù)估波速為1150m/s。通過積累泄漏點(diǎn)的真實(shí)定位數(shù)據(jù)或者是站內(nèi)有工藝操作時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行反算波速，從而逐步改善泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的定位精度。已知站間里程、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的泄漏位置、時(shí)間差值，帶入公式（1），反算波速公式為：

小結(jié)：利用波速反算的方法有助于提高泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的定位精確度。

4.3 動(dòng)態(tài)閾值

閾值是指壓力變化的絕對(duì)值與當(dāng)前實(shí)際壓力的比值，壓力變化到達(dá)設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。儀長(zhǎng)線、華北管網(wǎng)、日儀線、魯寧線等管線出站壓力的報(bào)警閾值設(shè)定為0.005，進(jìn)站壓力的報(bào)警閾值設(shè)定為0.02，由于工藝要求不同，管線的運(yùn)行方式也有變化。以魯寧線鄒城至滕州為例，由于運(yùn)行工況不同，鄒城站實(shí)際出站壓力范圍在（2～3.6）MP，鄒城出站壓力閾值為0.005。計(jì)算得出：

當(dāng)鄒城站出站壓力=2 MP，泄漏檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)并報(bào)警的壓力下降絕對(duì)值為0.01 MP。

當(dāng)鄒城站出站壓力=3.6 MP，泄漏檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)并報(bào)警的壓力下降絕對(duì)值為0.018 MP。

結(jié)論：檢測(cè)并報(bào)警的壓力下降絕對(duì)值會(huì)隨著采集點(diǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)變大而變大。

改進(jìn)方法：引入閾值動(dòng)態(tài)概念，即閾值隨著實(shí)際壓力變化而變化，使泄漏檢測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)下降并報(bào)警的絕對(duì)值約等于A。參數(shù)A隨著誤報(bào)警和靈敏度的制約關(guān)系，經(jīng)過實(shí)際測(cè)試后調(diào)整。

小結(jié)：利于動(dòng)態(tài)閾值概念有助于提高泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度[1]。

5結(jié)束語

泄漏檢測(cè)系統(tǒng)可有效地預(yù)防因?yàn)樵托孤┮鸬脑凸艿腊踩鹿?，大大地降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，減少企業(yè)的不良負(fù)面影響，保障調(diào)度平穩(wěn)運(yùn)行，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。常見的泄漏檢測(cè)方法中基于負(fù)壓波法的泄漏檢測(cè)系統(tǒng)綜合指標(biāo)較好。文中提到的三種系統(tǒng)優(yōu)化方法來源于日常使用中的心得體會(huì)，若有不足之處，請(qǐng)大家多批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)

[1] 張欣.基于負(fù)壓波法的輸油管道泄漏檢測(cè)技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2018.