魏振強(qiáng)，劉建鋒，王德建

（1.中國石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司，北京 102200；2.中國石油華北石化公司，河北 任丘 062550；3.中國石油渤海石油裝備制造有限公司，天津 300272）

目前，針對采油裝置的原油泄漏風(fēng)險，各油田采油廠多數(shù)通過巡檢制度等管理手段加以控制，作業(yè)人員每20min對井場進(jìn)行巡視一次，工作量大，輕微泄漏不易發(fā)現(xiàn)，在夜間巡檢制度更得不到有效的執(zhí)行，原油泄漏時有發(fā)生。盤根固定于盤根盒內(nèi)，其壽命非常有限，在盤根的使用過程中，伴隨著原油對盤根的化學(xué)腐蝕程度、抽油桿的偏心運(yùn)動對盤根結(jié)構(gòu)造成的塑性變形等情況，盤根逐漸老化，導(dǎo)致原油在盤根與光桿的接觸面發(fā)生緩慢的滲漏，如不及時處理，原油會在接觸面發(fā)生噴射泄漏。

1 方案設(shè)計(jì)

通過調(diào)研交流和匯總分析，對原油泄漏檢測與報警系統(tǒng)的功能流程設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 功能流程圖

微處理器采用ATMEL公司生產(chǎn)的高性能CMOS 8位單片機(jī)AT89C52，成本低廉，功能強(qiáng)大。

雨水感應(yīng)器采用SONGLE公司FC-50雨水傳感器模塊，當(dāng)雨天時，微控制器不發(fā)出聲光報警指令，聲光報警器無動作。

聲光報警器采用正泰ND2 LED爆閃聲光報警器，能夠發(fā)出脈沖式紅色報警光和高分貝警報。

緩沖放大器采用TL082CN雙運(yùn)算放大器，具有較低的輸入偏置電壓和偏移電流。

漏油檢測傳感器為自主設(shè)計(jì)元件，可以捕捉到原油泄漏激勵源，緩沖放大器將傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖交虻碗娖叫盘?；其次，微控制器根?jù)高低電平信號向聲光報警部件發(fā)出聲光報警指令，漏油后立即發(fā)出聲光警報，提示作業(yè)人員通過維修或更換盤根、臨時停井等方法及時處理漏油風(fēng)險；采用干電池供電，方案設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 方案設(shè)計(jì)

緩沖放大器、微處理器、聲光報警、雨水感應(yīng)器和電源均集成在一個控制箱內(nèi)，控制箱一側(cè)外殼設(shè)計(jì)為圓弧形，采用磁吸附方式使其貼合在套管外側(cè)，以實(shí)現(xiàn)拆裝方便的目的。

2 漏油檢測傳感器設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)調(diào)查

通過對采油廠站現(xiàn)場條件的調(diào)查，測力傳感器、光電傳感器等都不適合。如應(yīng)用測力傳感器時，由于泄漏后的原油在光桿四周呈圓周狀堆積，因此至少安裝兩臺測力傳感器才能有效捕捉漏油現(xiàn)象，而且還需要在兩個傳感器之上還需要設(shè)計(jì)一個承壓平臺，以實(shí)現(xiàn)對整個環(huán)形表面漏油信號的捕捉，既改變了采油裝置原有結(jié)構(gòu)，又增加了成本。如應(yīng)用光電傳感器時，應(yīng)至少安裝3組光電傳感器，增加了成本；又需要在直徑8cm左右的盤根盒上安裝3組光電傳感器，空間緊湊、安裝困難；光電傳感器還需要持續(xù)供電，不適于干電池供電。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

原油中含有水分子，利用水能導(dǎo)電的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳感器采用圓環(huán)結(jié)構(gòu)，該圓環(huán)留有開口便于套在光桿外側(cè)，安裝在盤根盒上面。當(dāng)原油在盤根與光桿的接觸面發(fā)生泄漏時，原油首先會在傳感器上堆積。

傳感器由吸濕層、叉指金屬電極和絕緣層組成，吸濕層吸收堆積原油中的水分，叉指金屬電極由相互間隔1.5mm的正負(fù)電極組成，叉指金屬電極鑲嵌在絕緣層上。當(dāng)原油泄漏時，首先堆積在吸濕層上，吸濕層吸收的水分充當(dāng)正負(fù)電極之間導(dǎo)體，使傳感器工作。微處理器接收傳感器信號后，向聲光報警下達(dá)指令，提示作業(yè)人員采取有效措施防止原油泄漏。解除警報后，更換吸濕層，進(jìn)入下一個工作循環(huán)。如圖3所示。

圖3 傳感器結(jié)構(gòu)圖

2.3 傳遞函數(shù)

傳遞函數(shù)反映了漏油檢測傳感器輸入ρ和輸出F之間的函數(shù)關(guān)系，在忽略環(huán)境溫度影響的情況下，輸入ρ和輸出F呈現(xiàn)線性關(guān)系，其中I為中間變量，傳遞函數(shù)模型如圖4所示。

圖4 傳遞函數(shù)模型

式中，ρ是水的電阻率；S是正負(fù)電極的橫截面積；L是正負(fù)電極導(dǎo)體長度。

3 結(jié)語

原油泄漏檢測與報警系統(tǒng)經(jīng)過3個月的試運(yùn)行，現(xiàn)場作業(yè)人員反映該系統(tǒng)工作靈敏，夜間報警時發(fā)出紅色光穿透性強(qiáng)，警示及時。原油泄漏檢測與報警系統(tǒng)拆裝簡便，成本非常低，能及早發(fā)現(xiàn)泄漏風(fēng)險，降低作業(yè)人員的巡檢強(qiáng)度。目前該系統(tǒng)已應(yīng)用在采油站內(nèi)的16口采油裝置上，持續(xù)加強(qiáng)驗(yàn)證效果，準(zhǔn)備在全區(qū)內(nèi)推廣使用。