輸油管道泄漏檢測的系統設計

陶傳剛 中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010

輸油管道泄漏檢測的系統設計

陶傳剛 中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010

輸油管道泄漏檢測的系統設計，采用三點一線式結構，集成了傳感器技術、計算機技術、無線通信技術和自動化技術。描述了系統的組成、網絡結構與數據采集。采用了瞬態負壓波法、流量輸差法以及壓力流量綜合法等多種泄漏診斷方法。該系統具有可擴展性。

輸油管道；泄漏檢測；計算機系統

引言

世界各國的石油化工行業把管道輸送作為一種重要而經濟的運輸方式。但是隨著管道老化、腐蝕以及其他自然或人為等原因，導致管道泄漏事故頻頻發生，不僅嚴重影響了正常生產，還會造成大片耕地面積被毀，形成環境污染以及可能形成可燃物質流失引起的火災事故。因此管道的維護及防漏檢漏成為不可忽視的問題。

一、計算機系統總體結構

系統的結構形式采用三點一線式，即管理監測站、現場工作站、調度室服務器和通信網絡，實現了分散控制、集中管理和操作的功能。

工作站負責信號的采集、處理以及本站各參數信號的實時顯示，并通過通訊網絡將數據傳送給調度室服務器。它由獨立運行的三部分組成，分別為（1）壓力、溫度和流量的處理模塊；（2）負壓波檢測模塊；（3）數據庫操作模塊。

調度室服務器主要完成對各工作站的實時監測、泄漏報警、泄漏點定位、歷史數據查看和打印等功能。數據存放采用數據庫結構，每個站點的歷史數據分別存放在各自的數據表里，每個站點對應一個泄漏數據表。服務器也由三大部分組成，分別為（1）顯示各站點實時數據模塊；（2）泄漏診斷模塊；（3）數據庫管理模塊。

管理監測站是利用LABVIEW的網絡發布功能，通過網絡可在任何一個地方對現場數據進行實時監測。

1.1 系統網絡結構

圖1 系統網絡結構

網絡結構如圖1所示。在現有局域網的基礎上利用無線通訊網絡組成整個系統網絡。現場工作站2通過光纖與局域網連接；工作站1，3，4，5，點對點分別安裝一對10MHz或以上的高速產品BU-DS.11和RU-DS.11及一面24dBi定向天線，組成無線通訊網絡；無線網絡接入就近的網絡站點，實現整個系統網絡互聯。網絡之間無縫透明連接，支持所有上層協議、網絡操作系統與應用軟件。

注：描述的工作站1、2、3、4、5，即圖1中的工1、工2、工3、工4、工5。

1.2 數據采集系統

數據采集系統的結構如圖2所示。管道溫度由A級Pt100鉑電阻測量，靜壓采用較高精度的壓力智能變送器測量，流量可采用雙轉子流量計/質量流量計。為了便于遠距離傳輸，壓力和溫度的測量信號都是以4～20mA標準電流環輸出。采集卡具有16-bit轉換分辨率、光隔離模入接口、可與標準的圖形化編程軟件輕松集成。

圖2 數據采集系統

1.3 時間同步系統

GPS校時模塊，每隔一定周期就同步一次調度室服務器的內部時鐘，使服務器獲取標準時間。然后通過網絡同步所有工作站的時間，從而使整個網絡的時鐘保證準確一致。具體實現方法是在LABVIEW平臺下用執行命令函數來執行net use和net time命令，使各個工作站每隔一定周期讀取一次服務器的系統時間來校正自己的系統時間。

二、定位和判漏

管道泄漏的檢測方法有多種，一般分為直接檢測和間接檢測。直接檢測法主要是基于硬件對泄漏物的直接檢測，例如，直接觀察法、檢漏電纜法、放射性示蹤法、光纖檢漏法等；間接檢測是基于軟件對流體的參數進行測量，根據參數的變化來判斷是否發生泄漏并定位，例如瞬態負壓力波法、統計檢漏法、流量輸差法等。

由于管道材質、油品物性、環境因素、泄漏形式等的多樣性，通常要根據現場情況，結合多種方法進行泄漏診斷。以下論述幾點關于泄露的測量方法。

2.1 瞬態負壓波檢漏

所謂壓力波實際上是在管輸介質上傳輸的聲波。當管道發生泄漏時，由于管道內外的壓差，泄漏點的流體迅速流失，壓力下降，泄漏點兩邊的流體由于壓差而向泄漏點補充。這一過程迅速向上下游傳遞，相當于泄漏點處產生了以一定速度傳播的負壓力波。根據泄漏產生的負壓力波傳播到上下游的時間差和管內壓力波的傳播速度就可以計算出泄漏點的位置。

首先利用中值濾波和取均值的方法來處理壓力信號，然后采用邏輯判斷方法檢測負壓波。

由于各種因素如流體的密度、壓力、比熱和管道材質等影響，負壓力波在管道中傳播速度不一定是常數，而可能是一個變量，因此需要采用一種線性模型來修正傳統定位方式。具體方法如下：在工作站上，每0.1s取一個壓力值，放入一個200維的棧中，形成20秒200個數的歷史數據段。取這200個數的均值和最小值，均值與最小值的差值再乘以報警閾值修正系數得到報警閾值。每一個新進棧的壓力值與其前200個數的均值進行比較，變化值如果超過報警閾值，則報警級別升高一級。如果報警級別連續升高達到所設定的報警級別閾值，則判斷發生泄漏。同時把報警級別為1時對應的時間作為泄漏時間，供服務器定位使用。調整報警閾值修正系數和報警級別閾值的大小可以調整系統報警的壓力靈敏度及時間靈敏度。

2.2 壓力流量綜合檢漏

由于啟泵、停泵和調閥等正常操作，也會產生負壓波，而且與泄漏產生的負壓波信號非常相似，在實際應用中，必須進行區分。通常采用硬件的方法來區分，傳統的方法是在管道的兩端相隔一定的距離各加裝兩個壓力傳感器，通過判斷負壓力波的傳播方向進行識別。這種方法結構復雜，安裝困難，不宜維護，成本較高。壓力流量綜合檢漏利用軟件的方法解決了這一問題。

壓力流量綜合檢漏法的具體實現為：首先利用瞬態負壓波法檢測到壓力下降，然后計算壓力下降發生時一段時間間隔內首末站流量差的變化率，如果該變化率超過前一段相同時間間隔內首末站流量差的變化率，則認為發生泄漏，系統報警。本系統檢測2分鐘內首末站流量差的變化率。

2.3 流量輸差檢漏

瞬態負壓力波檢漏比較適用于泄漏點處壓力發生突降的情況，大管道事故通常都具有這一特征，但對于緩慢發生的事故或已發生的事故，該方法具有一定的局限性。利用流量輸差檢漏來診斷滲漏的發生。對首末站的流量差進行積分運算，該值如超過某閾值，則認為發生滲漏，發出報警。本系統每15分鐘計算一次流量差的積分值，判斷前30分鐘內的流量差是否超過設定的閾值，如超過，系統發出滲漏報警。

三、結束語

通過對輸油管道的泄漏檢測，可準確定位出管道的泄漏位置，從而達到第一時間判斷、第一時間處理并解決問題，為降低損耗，減少污染以及可能造成的其他危害提供了強有力的保證。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.103