輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及需注意問題

文/常貴寧

泄漏是輸油管道運(yùn)行中的主要故障。在管道運(yùn)行過程中，由于腐蝕穿孔或第三方不知情的情況下施工破壞等原因，泄漏事故時有發(fā)生，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重干擾了正常的輸送生產(chǎn)，也給生產(chǎn)帶來重大安全隱患。因此，泄漏監(jiān)測不僅成為目前輸送管道安全生產(chǎn)管理的重要工作內(nèi)容，今后也將是管道正常運(yùn)行不可缺少的保障。實(shí)現(xiàn)輸送管道的泄漏監(jiān)測，對于及時發(fā)現(xiàn)泄漏故障、確保生產(chǎn)和管線的安全運(yùn)行、保障人身安全、提高長輸管道的現(xiàn)代化管理水平等都具有重要的意義。

輸油管道泄漏自動監(jiān)測技術(shù)在國外得到了廣泛的應(yīng)用，我國管道測漏技術(shù)的研究起步較晚，清華大學(xué)、天津大學(xué)等單位從上世紀(jì)90年代中期開展了初步研究，而真正實(shí)際應(yīng)用則是在2000年以后，由于油區(qū)治安形勢惡化，犯罪分子打孔盜油犯罪猖獗，使得測漏技術(shù)迅速得到了大規(guī)模地研究與推廣應(yīng)用。近年來，隨著社會對環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，在線測漏系統(tǒng)已經(jīng)成為輸油管道建設(shè)與運(yùn)行中必不可少的組成部分。以勝利油田為例，已經(jīng)有60條以上輸油管道安裝了在線測漏系統(tǒng)，對于保障輸油正常生產(chǎn)，減少泄漏事故發(fā)生，減少泄漏損失發(fā)揮了重要的作用。

1.測漏方法

從國內(nèi)外輸油管道測漏系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐來看，測漏方法主要分為兩類：一類是監(jiān)測管道運(yùn)行的工藝參數(shù)來判斷泄漏的發(fā)生及其位置，另一類是監(jiān)測泄漏發(fā)生時產(chǎn)生的泄漏聲波來實(shí)現(xiàn)測漏。從應(yīng)用效果看，目前，最為成熟的是前者，即“壓力波＋輸差分析 ”實(shí)時監(jiān)測報(bào)警的辦法。

2.測漏系統(tǒng)構(gòu)成

測漏系統(tǒng)一般由三部分構(gòu)成：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站、通信系統(tǒng)、電腦監(jiān)控軟件。

2.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站的任務(wù)是采集管道運(yùn)行工藝參數(shù)，如管道進(jìn)出兩端的壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)。它包括數(shù)據(jù)采集器和現(xiàn)場儀表。

對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言，測漏對采集系統(tǒng)的主要指標(biāo)是要求采樣速度至少應(yīng)該達(dá)到100ms一次。現(xiàn)在一般的數(shù)據(jù)采集模塊都能滿足需求。為了提高定位精度，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)采集站時鐘同步，即采集GPS衛(wèi)星時鐘數(shù)據(jù)，給采集數(shù)據(jù)加上時間標(biāo)簽。

2.2 通信系統(tǒng)

因?yàn)橐獙?shí)時對比輸油管道沿線各站的壓力等數(shù)據(jù)，因此，通信在測漏系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，也是目前測漏系統(tǒng)中故障率最高的環(huán)節(jié)。常用的通信方式有：局域網(wǎng)、電臺、3G//電話寬帶等公網(wǎng)，一般可根據(jù)現(xiàn)有條件優(yōu)選。為了保證系統(tǒng)的可靠性，可同時采取兩種方式，互為備用。

2.3 軟件

軟件的核心是泄漏判斷及定位算法。小波和相關(guān)分析是泄漏點(diǎn)定位最主要的兩種計(jì)算方法。

① 小波分析

小波分析上世紀(jì)八十年代后期發(fā)展起來的應(yīng)用數(shù)學(xué)分支，它是一種信號的時間-尺度分析，在時、頻中均具有表征信號局部特征的能力，是Fourier分析的發(fā)展。與Fourier變換相比，小波變換在時、頻域中均具有表征信號局部特征的能力，適用于辨識信號的奇異點(diǎn)及計(jì)算奇異性的大小，是近年來非常活躍的一種信號處理方法，被譽(yù)為“數(shù)學(xué)的顯微鏡”。小波變換作為一種新的信號處理技術(shù)，已經(jīng)在許多工程領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。利用小波變換的極值可以檢測信號的邊沿，并且可以抑制噪聲。因此，用小波變換可以使壓力下降邊沿更加清晰，從而容易確定時間差。

② 相關(guān)分析

相關(guān)分析是一種非常有用的數(shù)學(xué)處理方法，它經(jīng)常用來比較兩組數(shù)據(jù)、兩個圖形的相似性。由于輸油管道是一個壓力系統(tǒng)，我們通過測漏系統(tǒng)實(shí)時得到的輸油管道兩端壓力變化的數(shù)據(jù)肯定是相關(guān)的，具有相似性，只是時間先后不同，而壓力變化波動時間的時間差正是計(jì)算壓力源位置的關(guān)鍵。

3.效果不佳原因分析

很多單位的輸油管道測漏系統(tǒng)使用效果不佳，處于癱瘓或半癱瘓狀態(tài)，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。究其原因，有廠家的問題，也有用戶自身的問題。

3.1 廠家提供產(chǎn)品與服務(wù)不到位

從廠家產(chǎn)品方面的問題來說，系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)有缺陷，軟件不成熟，誤報(bào)太多。也有一些廠家利用用戶對泄漏監(jiān)測技術(shù)這一新生事物不了解，玩弄概念騙錢，魚目混珠，攪亂了市場。如一種所謂“次聲波（音波）測漏系統(tǒng)”，使用效果很不理想，試驗(yàn)及后期應(yīng)用證明，它只適合檢測較大（瞬時泄漏量大于管道瞬時輸量5%）的突發(fā)性泄漏，定位誤差跟壓力波法相當(dāng)，沒有實(shí)用價值，所有安裝的系統(tǒng)現(xiàn)均已廢棄。

3.2 用戶維護(hù)管理不到位

從用戶角度來說，一開始迷信這套系統(tǒng)，經(jīng)使用后誤報(bào)多次，就不再認(rèn)可，轉(zhuǎn)而排斥這套系統(tǒng)。管理人員對測漏系統(tǒng)還不是很了解，維護(hù)管理跟不上。其實(shí)，迷信和排斥都是錯誤的態(tài)度。正確的態(tài)度應(yīng)該是既用且疑，分析排除。

目前的管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)際上是一種“軟”測量，它是通過監(jiān)測管道運(yùn)行的壓力、溫度、流量等工藝參數(shù)來推斷泄漏的發(fā)生，畢竟不是直接測到漏油，數(shù)據(jù)采集的誤差不可避免，希望靠電腦軟件完全自動報(bào)警是不現(xiàn)實(shí)的，也是不必要的。

本來，靈敏度跟誤報(bào)就是一對矛盾，想追求靈敏度，就必然帶來誤報(bào)。清華大學(xué)王桂增教授就經(jīng)常舉機(jī)場安檢的例子，安檢員手里拿著的探測器掃描人體時經(jīng)常會發(fā)出報(bào)警，安檢員再進(jìn)行二次確認(rèn)，只有這樣，才能夠保證飛行安全。東營五色石測漏技術(shù)有限公司提出了“人機(jī)協(xié)作”的概念，系統(tǒng)肯定能給你提供一些有用的數(shù)據(jù)，還需要監(jiān)控人員進(jìn)行分析判斷是否發(fā)出泄漏警報(bào)。

所以說，希望靠系統(tǒng)軟件完全自動報(bào)警是不現(xiàn)實(shí)的，也是不必要的。軟件的智能分析永遠(yuǎn)跟人腦之間存在差距。因此，應(yīng)該由系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動報(bào)警靈敏度設(shè)置盡量高一些，提醒監(jiān)控人員進(jìn)行分析，從而會大大提高靈敏度，提高運(yùn)行效果。

4.應(yīng)用中需注意問題

4.1 獨(dú)立運(yùn)行

測漏系統(tǒng)屬于安全儀表系統(tǒng)中的一種，鑒于測漏系統(tǒng)對于保障管道正常安全運(yùn)行的重要性，應(yīng)該獨(dú)立于SCADA系統(tǒng)。壓力傳感器、控制器、電源等都應(yīng)單獨(dú)設(shè)計(jì)，溫度傳感器可與SCADA系統(tǒng)并采，用模擬量“一分二”隔離模塊（如上海工業(yè)自動化儀表研究所生產(chǎn)的隔離式安全柵EX8035），流量計(jì)發(fā)訊器則可使用數(shù)字量“一分二”隔離模塊EX3053。

4.2 方法選擇

對于輸油管道來說，“壓力波＋輸差分析”實(shí)時對比分析的測漏技術(shù)是目前最成熟、可靠的泄漏監(jiān)測定位方法。流量信號在泄漏監(jiān)測中有著重要的作用。流量數(shù)據(jù)分瞬時流量和累計(jì)流量。瞬時流量的實(shí)時對比分析報(bào)警以及累計(jì)流量的輸差對比，可以提高系統(tǒng)靈敏度、減少誤報(bào)。輸油流量計(jì)有很多種，這里推薦兩種：容積式流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)。最常用的是容積式流量計(jì)，如腰輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)，其次是質(zhì)量流量計(jì)。

4.3 系統(tǒng)選擇

應(yīng)選用有多套系統(tǒng)成功應(yīng)用的成熟系統(tǒng)產(chǎn)品。國產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿足生產(chǎn)需求，如東營五色石測漏技術(shù)有限公司的“五色石”測漏系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在大慶油田、勝利油田、遼河油田、大港油田等75條原油、成品油、苯、硫酸、鹽鹵等多種液體輸送管道，共計(jì)總長1300公里的管道上，運(yùn)行穩(wěn)定，誤報(bào)率低，服務(wù)良好，使用效果良好。而國外引進(jìn)的測漏系統(tǒng)尚未見到在國內(nèi)有成功的應(yīng)用案例。

4.4 監(jiān)控管理

在實(shí)踐中，設(shè)專職監(jiān)控分析員的效果最好，由調(diào)度員或其他崗位兼職的效果都不好。這是由于泄漏是小概率事件，很少發(fā)生，再加上一旦泄漏造成的損失巨大，管理員要承擔(dān)很大的責(zé)任，所以，監(jiān)控人員往往會自覺不自覺地把責(zé)任推托到系統(tǒng)上面，很少主動分析數(shù)據(jù)，而只是放任系統(tǒng)自動報(bào)警。

總的來說，液體長輸管道的泄漏監(jiān)測技術(shù)是成熟的、可靠的，可以實(shí)現(xiàn)泄漏的實(shí)時監(jiān)測自動報(bào)警，從而可以及時采取停泵等應(yīng)對措施，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)然在建設(shè)、維護(hù)、運(yùn)行、管理中也要采取正確的態(tài)度，注意一些問題，才能確保系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，減少泄漏及其引發(fā)事故所造成的損失，保障安全，保護(hù)環(huán)境。