負壓波法管道泄漏監測定位系統的應用

艾信，段新海，喬守武，趙天福，史建國

（中國石油長慶油田分公司第四采油廠，陜西靖邊718500）

智能油化工程

負壓波法管道泄漏監測定位系統的應用

艾信，段新海，喬守武，趙天福，史建國

（中國石油長慶油田分公司第四采油廠，陜西靖邊718500）

近年來本廠多次發生大型輸油管線泄漏事故，不但帶來巨大的經濟損失，而且造成十分嚴重的環境污染和負面新聞輿論。針對上述存在的問題，本文以負壓波為原理，以LABVIEW與MATLAB為系統開發平臺，結合傳感器技術、數字信號處理技術和通信技術，設計研發了輸油管道泄漏實時監測及定位系統，并在現場安裝應用。

負壓波法；管道；監測

原油輸送管道是油田生產的生命線，管線發生穿孔，其經濟損失非常巨大。如果采取先進的科技手段，對輸油管線進行實時監測，迅速準確的判斷出泄漏位置。就能使突發事件得到及時處理，使損失降到最低。

市場上有部分公司研制管道泄漏監測定位系統，其實驗測試環境多為理想的輸送液體管道。市場產品實用性不強，同時安裝費用較高，只能對重點輸油管線加裝。所以，打破這種技術壟斷，研發適用于長慶油田輸油管道在線監控系統具有重要意義。

1 負壓波法管道泄漏監測定位實驗研究

1.1 搭建實驗環境

選取鐮三增至鐮一轉管線作為測試管線，管線全長3 500 m。在途經林79-75井組處，將管線開小孔，直徑3 mm，距離鐮一轉1 500 m，加裝泄漏仿真閘門，用來模擬管線泄漏（見圖1）。

1.2 驗證負壓波的存在性

圖1

將實驗管線用清水打壓至2.6 MPa，依托SCADA系統采樣，采用LABVIEW與MATLAB搭建泄漏監測平臺，融合小波變換算法，經過20多次放油測試，發現每次實驗均能測到負壓波，但是因SCADA系統采樣頻率太低（1 Hz），無法實現定位功能。

1.3 研發泄漏監測定位系統

1.3.1 泄漏監測定位系統硬件設計以數據采集卡為處理核心，研制小型數據采集系統，用來實時采集被監測輸油管線兩端壓力傳感器壓力值（見圖2）。

1.3.2 泄漏監測定位系統軟件設計通過LABVIEW平臺G語言開發設計，實現上、下游壓力信號同步采集；利用MATLAB平臺M腳本編程，實現基于圖像處理的神經網絡算法，精確判斷壓力變化拐點，測定泄漏位置。

1.4 靜止承壓管線測試

封堵實驗管線兩端，將管線用清水打壓至2.6 MPa，然后將研制的數據采集系統安裝至管線兩端，實時采集現場壓力信號。然后通過放空閘門放水，開展40余次泄漏測試，兩端均能監測到負壓波，并能判定泄漏位置，得出負壓波的傳輸速度約1 000 m/s（見表1）。

1.5 正常輸油管線測試

1.5.1 前階段實驗將原油導入輸油管線，在林79-75井組處放油測試，測試40余次，發現在鐮三增處可測到負壓波，但在鐮一轉處無法測到負壓波。經過細致分析，導致這種現象的主要原因就是管線末端存在較大的高程差，放油點海拔高度1 409 m，鐮一轉處海拔1 367 m，流體重力效應，導致管線未充滿，屬于半滿輸油狀態，負壓波無法傳輸至鐮一轉，導致無法有效定位。

1.5.2 后階段實驗通過在鐮一轉處，加裝自力式壓力調節閥，適度提升原油進站壓力至0.7 MPa，開展測試40余次，鐮一轉、鐮三增均能測到負壓波，并能準確的定位（見表2）。

1.6 高壓注水管線測試

選取化平19配水間至化平98配水間段作為測試管段，在化平19配、化平98配兩處分水器加裝羅斯蒙特0～25 MPa高精度壓力變送器，管線途經化十四增化123配，將化123配分水器處作為放水口，進行泄漏模擬實驗。管線全長3 300 m，其中放水點距離化平19配1 910 m，放水點距離化平98配1 390 m（見表3）。

圖2

表1 靜止承壓管線三次實驗數據

表2 正常輸油管線三次實驗數據

表3 正常注水管線三次實驗數據

2 結語

2.1 探索出管道泄漏監測機理通過大量的泄漏事故以及實驗結果來看，可以發現兩點，（1）管線腐蝕泄漏壓降很小，多分布在0.02 MPa～0.05 MPa；（2）要使用負壓波法監測管道泄漏，管線必須充滿。而實際站點管線走向，基本都分布在山峁溝壑之上，一般管線末端因存在較大高程差，存在正常輸油時管線半滿的狀態，導致負壓力波傳輸至半滿段時，全部衰減殆盡，最終無法實現泄漏點定位。

2.2 研發了一套管道泄漏監測定位系統

研制了一套基于數據采集卡為處理核心的數據采集系統，并用LABVIEW與MATLAB混合編程的方式，設計開發了泄漏監測算法軟件平臺，界面友好，操作簡單，采樣頻率500 Hz，采樣精度±0.01%，報警響應時間僅需數秒，定位精度小于管線全長的5%。目前已在化七增、化五轉的外輸管線上試用，系統穩定性高，無故障發生。

2.3 壓力變送器GPRS信號傳輸可以作為管道泄漏監測的有效手段

根據管線實際走向以及地勢，有效避開管線半滿段，可適當在野外加裝高精度壓力變送器，通過太陽能供電，使用GPRS信號傳輸模塊，實時采集壓力，可以作為泄漏監測的有效手段。

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TE938.2

A

1673-5285（2017）02-0131-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.031

2017－01-20