負壓波法泄漏監測系統的應用

宋斌（中國石油化工股份有限公司，天津 300270）

2013年“11.22”中石化黃島輸油管線爆燃事故，損失巨大，教訓慘痛，對我國油品長輸管線的管理敲響了警鐘，更對管線監測系統提出了更高、更迫切的要求。目前隨著國家經濟的迅猛發展，成品油的管道輸送已成為銷售及運輸的重要方式之一，成為企業效益增長的重要影響因素。其具有運輸量大、運費低、能耗少、損耗率低、投資少等優點。在管道運行過程中，由于腐蝕穿孔引起的泄漏時有發生。近年來不法分子打孔盜油事件成為成品油管道安全運行的最大隱患。成品油屬于易燃危險品，管道一旦發生泄漏事故，會造成管道停輸、油品損失、效益流失、污染周邊環境、甚至人民生命財產安全等嚴重后果。泄漏監測不僅成為管道安全生產的重要工作內容，也是管道正常運行不可缺少的保障。為確保成品油管道的安全運行，結合某成品油輸送管道的建成及投用，開展了管道泄漏監測系統的研究。

1 管道泄漏監測方法

1.1 成品油泄漏方式

成品油管道常見泄漏方式有兩種，一是小孔泄漏，即較小孔洞長時間持續泄漏，按照流速大小又可以分為大、中、小型泄漏，例如在成品油管道上打孔盜油；二是大面積泄漏，即較大孔洞在短時間內泄漏出大量物料，例如整條管道折斷。

1.2 泄漏監測方法

隨著管道技術的提高，管道泄漏監測技術也在不斷發展。根據不同的監測原理，將管道泄漏監測技術大體分為以下幾種：流量、壓力、化學、聲學、統計、光學、模型的監測方法。管道泄漏監測技術關鍵解決兩方面的問題：一是管道泄漏報警，二是泄漏點精確定位。近幾年，以負壓波法為基礎的管道監測系統在國內得到廣泛應用。本次管道建設期間即采用了負壓波法監測泄漏的定位報警系統。

1.3 負壓波法的壓力定位原理

負壓力波法是利用管道瞬態模型，當首末兩站間輸油管段內某一點發生泄漏時，泄漏點壓力突然降低，根據流體力學的理論，泄漏點就會產生一個負的壓力變化，我們稱這個負的壓力變化叫負壓波。負壓波通過介質按一定規律向兩端傳播，當該負壓波傳播到管道端點時，引起首站出站壓力和末站進站壓力降低，并分別被設在兩端的壓力變送器捕獲。隨泄漏位置的不同，響應的時間差也不同。根據響應時間差、管道長度、壓力傳播速度即可計算出相應泄漏位置。對由于因管線的工況參數及被輸介質的理化性質和溫度衰減等引起壓力波的傳遞速度及衰減速度變化進行必要的補償和修正即可實現泄漏報警及定位。

如圖1所示。

1.4 負壓力波法的流量變化規律

當首末兩站間輸油管段內某一點發生泄漏時，泄漏點壓力突然降低，所產生的負壓力波將沿管道向兩端傳播，當該負壓波傳播到管道端點時，引起首站出站壓力和末站進站壓力降低的同時，引起首站出站流量的上升和末站進站流量的降低。流量的上升和下降與壓力的變化幾乎是同時的，因此也可以用流量來定位。但是由于流量變化反應時間長、受流量測量精度限制，不能對泄漏點進行精確定位，所以常用來報警或輔助定位。

1.5 報警原理

表一 各種工況參數變化對照表

根據流體力學的理論，管道發生泄漏，首站壓力下降、流量上升，末站壓力下降、流量下降。上述四大特征同時出現說明管道發生了泄漏。

為了減少誤報警，首站壓力下降、流量上升；末站壓力下降、流量下降要達到一定的設定值系統才報警。

報警有兩種方式，一種是邏輯報警。首站壓力、流量；末站壓力、流量組成。另一種是強制報警由輸差決定。

強制報警是指壓力沒有明顯變化而輸量對不上即：首站流量一定時間內大于末站流量產生“輸差”，當“輸差”達到一定值時系統報警。這種報警一般是提醒值班人員注意。

2 管道泄漏監測報警定位系統的結構

泄漏報警定位系統主要有數據采集分析系統、數據通信系統、中央數據監視處理系統三大部分組成，完成分路采集，集中監控的目的。

其結構如圖2所示：

圖2 管道泄漏監測報警系統結構

3 主要技術指標及特點

3.1 管道泄漏監測報警定位系統達到的技術指標

（1）監測管道長度小于100Km。

（2）定位誤差小于管道長度的0.5%。

（4）系統反應時間小于120s。

（5）系統測漏精度不小于瞬時流量的1.5%。

（6）系統要求管道最低壓力0.1MPa。

3.2 特點

（1）可在管線停輸的情況下監測泄漏。

（2）具有良好的監測界面，可在電子地圖上顯示泄漏點位置。

（3）可以長期保存歷史監測界面，方便查看歷史曲線。

（4）記錄事件，可以通過查看事件進行歷史記錄查詢。

4 管道泄漏監測系統的實際應用及效果

圖3 為長輸線停輸過程中遭到打孔首末站壓力曲線變化圖形。

圖3

圖4 為長輸線在輸送過程中遭盜油首末站壓力、流量曲線變化圖形。

圖4（a）

圖4（b）

由圖3、4可以看出，2次泄漏都產生了明顯的負壓波，且流量變化明顯，利用壓力曲線拐點進行泄漏點定位，定位精度在1%以內，保證了管道安全運行。

5 結語

利用負壓波法泄漏監測技術開發的管道泄漏監測報警定位系統，具有所需設備少、投資費用低等特點。系統在長輸線投用結果表明，此監測系統具有反應靈敏度高、定位準確、曲線直觀等特點，滿足了日常泄漏監測的生產要求。

采用泄漏監測系統對成品油長輸線進行實時監控，及時發現影響管道安全運行的隱患，有力地打擊盜油分子的囂張氣焰，避免重大安全及環境污染事故的發生，為管道的安全運行提供了保證，減少了企業效益流失，有廣闊的應用前景及推廣價值。

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[3]孫洪.絡建德等塘沽-燕山輸油管道泄漏監測系統，油氣儲運，2007，26（9）.