輸油管道泄漏檢測與定位系統升級改造

李銀凱 石剛 李劍 中原油田油氣儲運管理處

輸油管道泄漏檢測與定位系統升級改造

李銀凱 石剛 李劍 中原油田油氣儲運管理處

泄漏檢測及定位系統的技術關鍵是解決以下兩個方面的問題：一是泄漏檢測報警；二是精確定位。流量輸差法在泄漏檢測方面，負壓波法在泄漏定位方面分別具有獨特優勢。因此，采用由SCADA系統采集的溫度、壓力、流量等數據，通過輸差檢漏法和負壓波法的耦合分析，可實現對原油管道泄漏及時發現并準確定位。系統升級改造投運以來，報警準確度都在95%以上，定位準確率達到了85%以上；對于流速大于0.18 L/s以上的漏點能夠及時報警，對于流速大于0.55 L/s以上的漏點能夠及時報警并準確定位，達到了預期目標。

管道；泄漏；檢測；定位；升級

輸油管道泄漏檢測及定位系統的技術關鍵是解決以下兩個方面的問題：一是泄漏檢測報警；二是精確定位。流量輸差法在泄漏檢測方面，負壓波法在泄漏定位方面分別具有獨特優勢。因此，該系統采用由SCADA系統采集的溫度、壓力、流量等數據，通過輸差檢漏法和負壓波法的耦合分析，從而實現對原油管道泄漏及時發現并準確定位。

1 系統存在的不足

1.1 硬件方面

（1）一次儀表問題。系統選用的一次儀表準確度都較低，如現場流量信號采集使用的是200脈沖/轉的普通發訊器，導致系統泄漏報警靈敏性以及定位準確性降低。

（2）GPS時鐘定位故障。由于下位機對于衛星定位要求較高，在系統運行過程中，時常出現衛星信號較差，下位機GPS接收不到無法定位，系統無法運行而不斷重啟的問題。

（3）下位機參數調整較為繁瑣。系統下位機采用DOS系統，當儀表參數發生變化時，需要專業人員進入DOS系統進行調試，操作繁瑣。

（4）下位機散熱環境差。由于系統下位機是24 h不間斷運行，而且設備所處環境比較封閉，散熱不好，導致設備壽命縮短，老化嚴重，時常出現數據采集不到的故障。

1.2 軟件方面

（1）工況對系統影響較大。系統采用負壓波法進行泄漏定位，無法回避下面兩個問題：一是在壓力波動較大的輸油管線或在輸送壓力較小的管線中，由于泄漏產生的負壓波很小，負壓波傳遞到探測器后能量已經很低，經常會被壓力波動所淹沒而分辨不清或不能分辨，導致系統誤報或不報的情況較多；二是正常的泵、閥、倒罐操作也會產生負壓波，干擾并影響系統泄漏報警準確率，增大誤報率。

（2）流量檢測問題。管道在正常運行狀態下，管道輸入和輸出量應該相等，泄漏發生時必定產生輸差。但實際上，首末站瞬時流量是不平衡的，影響這一不平衡的因素來自多個方面：如由于管道本身彈性及原油物性變化等多種因素影響，首末兩站流量變化有一個過渡過程；再如，由于溫度對液體體積的影響，首末兩站的溫差會導致兩端流量出現較大的差別等。

（3）數據庫問題。原來的數據庫存在一定的缺陷：一是CPU占用率過高，數據庫運行一段時間后，因為有大量的數據要頻繁讀取和調用后臺系統數據庫，導致軟件系統運行變慢或無法繼續存入而出現故障；二是數據庫清理困難，清理數據庫不但需要頻繁導入、導出數據表，而且還需要清理數據庫的人員掌握SQL數據庫命令，清理難度大；三是數據庫變大后數據查詢困難，系統運行一段時間后，隨著數據量的增大，如果需要對歷史數據進行查取或者調用時，電腦將長時間無響應，出現假死現象。

（4）仿真問題。系統仿真功能使用不方便，需要有數據發送程序，并斷開網絡，系統不再進行實時監控工作，仿真速度很慢，數據為每秒的數據，有必要設置仿真數據庫。

2 系統升級改造

針對系統出現的問題，主要從硬件和軟件兩個方面對現有系統進行了升級改造。

2.1 硬件升級改造

（1）信號處理器升級。選用的高性能SP4.0智能信號處理器集成性強、故障點少、可靠性高，其性能如下：①使用了高性能采集卡，一個設備就可以代替原來的多塊采集卡、接線板、信號處理板、隔離板、GPS授時器、毫秒同步板等設備，可完成現場信號的高速采集、濾波和降噪等預處理，并進行一定時間的存儲；②處理器采用高性能的工業級主板，具有大數據量、長時間處理能力，系統運行穩定；③內嵌永久時鐘GPS模塊，當GPS無法定位時，系統也能夠進行工作，當定位后，系統采用定位時鐘進行工作，確保了分析處理數據的時間同步性；④采用TCP/IP協議傳輸，可以直接將數據發布到局域網上，有利于數據傳輸和管理。

（2）現場一次儀表升級。儀表的準確度直接影響系統的報警靈敏性、準確性和定位精度。對現場關鍵的一次性儀表進行了更換，脈沖發訊器由原200脈沖/轉提高到1 000脈沖/轉，壓力變送器準確度由0.5%提高到0.75‰，提高了脈沖發訊器和壓力變送器準確度。

2.2 軟件升級改造

（1）軟件編制開發。通過輸差檢漏法和負壓波法的耦合，克服了上述兩種方法單獨使用時的弊端，從而形成一種新的管道檢測、定位系統；多尺度小波變換算法的加入，提高了系統的檢測速度與抗干擾能力，并使系統可檢測的最小泄漏量進一步降低；同時采用先進的智能辨識算法，使系統具有在線自學習功能，提高了系統的容錯性和精度。

（2）增加流量計分段系數設置功能。輸入標定的分段數值，系統按照數值進行流量修正，對流量進行精細處理，每間隔一定的量，確定流量系數。對不同等級的輸差量，能夠進行分級判斷處理，使輸差更加準確、曲線更加平滑。

（3）修改數據庫。把原有數據庫分為參數數據庫和實時監測數據庫，每天對實時數據分別進行存儲，即每天生成一個數據庫，數據處理和數據查詢速度明顯加快。增設數據庫清理功能，根據用戶設定的保存期限，自動刪除歷史數據。

（4）改進仿真系統。把實時系統和仿真系統分開執行，系統實時運行時可以同時進行仿真。仿真時，只需選擇被監管管線的時間段，系統調用數據庫一定數據即可直接進行仿真，分析出各個異常點，給出相關的仿真信息。對于網絡中斷情況，下位機可待網絡正常后，把網絡中斷過程中存儲的數據發到上位機系統，自動將對這一段數據進行整體仿真處理，并以正常報警方式進行報警顯示。

3 應用效果

通過對泄漏定位和微機監控系統應用數據的分析研究，結合現場出現的各種泄漏、竊油和故障等管線工況，總結出拐點定位分析法、最高和最低點定位法、關閥定位分析法等，提高了定位的準確性。系統升級改造投運以來，報警準確度都在95%以上，定位準確率達到了85%以上。對于流速大于0.18 L/s以上的漏點能夠及時報警；對于流速大于0.55 L/s以上的漏點能夠及時報警并準確定位，達到了預期目標。

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.026

（欄目主持 張秀麗）