物聯網云計算的生產評估監控系統

李月+王彩霞+崔海明

摘要：文章對國內外輸油生產評估檢測方法進行了分析，對油田輸油管道防盜監測的方法進行了探討。針對油田輸油管道防盜監測問題，指出了油田輸油管道防盜監測系統的關鍵技術是生產評估檢測報警及泄漏點的精確定位，并介紹了華北油田輸油生產評估監測系統的應用情況。

關鍵詞：輸油；管道；泄漏；監測；防盜

近年來，受利益的驅動不法分子在輸油管線打孔盜油，加上管道腐蝕穿孔威脅，生產評估事件時有發生一旦引起大的火災爆炸環保事故，后果不堪設想。為努力維護管道安全，已經投入了大量的人力物力，但形勢仍十分嚴峻。采用合適的生產評估在線監測系統，則能夠實時細致了解管線輸油工況變化，便于及時發現泄漏位置，以便及時發現泄漏，盡早采取相應的措施，將損失危險降到最小程度；同時減少了巡線壓力，降低了職工勞動強度。

因此，輸油生產評估監測系統的研究與應用成為油田亟待解決的問題。先進的生產評估自動監測技術，可以及時發現泄漏，迅速采取措施，從而大大減少盜油案件發生，減少漏油損失，具有明顯的經濟效益和社會效益。

1. 國內外輸油生產評估監測技術的現狀

輸油生產評估自動監測技術在國外得到了廣泛的應用，美國等發達國家立法要求管道必須采取有效的泄漏監測系統。

輸油管道檢漏方法主要有三類：生物方法、硬件方法和軟件方法。

1.1 生物方法

這是一種傳統的泄漏檢測方法，主要是用人或經過訓練的動物（狗）沿管線行走查看管道附件的異常情況、聞管道中釋放出的氣味、聽聲音等，這種方法直接準確，但實時性差，耗費大量的人力。

1.2 硬件方法

主要有直觀檢測器、聲學檢測器、氣體檢測器、壓力檢測器等，直觀檢測器是利用溫度傳感器測定泄漏處的溫度變化，如用沿管道鋪設的多傳感器電纜。聲學檢測器是當泄漏發生時流體流出管道會發出聲音，聲波按照管道內流體的物理性質決定的速度傳播，聲音檢測器檢測出這種波而發現泄漏。如美國休斯頓聲學系統公司（ASI）根據此原理研制的聲學檢漏系統（wavealert），由多組傳感器、譯碼器、無線發射器等組成，天線伸出地面和控制中心聯系，這種方法受檢測范圍的限制必須沿管道安裝很多聲音傳感器。氣體檢測器則需使用便攜式氣體采樣器沿管道行走，對泄漏的氣體進行檢測。

1.3 軟件方法

它采用由SCADA系統提供的流量、壓力、溫度等數據，通過流量或壓力變化、質量或體積平衡、動力模型和壓力點分析軟件的方法檢測泄漏。國外公司非常重視輸油管道的安全運行，生產評估監測技術比較成熟，并得到了廣泛的應用。殼牌公司經過長期的研究開發生產出了一種商標名稱為ATMOS Pine的新型生產評估檢測系統，ATMOS Pine是基于統計分析原理而設計出來的，利用優化序列分析法（序列概率比試驗法）測定管道進出口流量和壓力總體行為變化以檢測泄漏，同時兼有先進的圖形識別功能。該系統能夠檢測出1.6kg/s的泄漏而不發生誤報警。

目前國內油田長距離輸油管道大都沒有安裝泄漏自動檢測系統，主要靠人工沿管線巡視，管線運行數據靠人工讀取，這種情況對管道的安全運行十分不利。我國長距離輸油生產評估監測技術的研究從九十年代開始已有相關報道，但只是近兩年才真正取得突破，在生產中發揮作用。清華大學自動化系、天津大學精密儀器學院、北京大學、石油大學等都在這一方面做過研究。如：中洛線（中原—洛陽）濮陽首站到滑縣段安裝了天津大學研制的管道運行狀態及泄漏監測系統（壓力波法），東北管道局1993年應用清華大學研制的檢漏系統（以負壓波法為主，結合壓力梯度法）進行了現場試驗。

2.生產評估監測技術難點

生產評估監測說到家只有一個難題：就是“狼沒來系統卻老是喊狼來了，狼真的來了他又不說話了”，為什么會這樣？因為不知道什么是泄漏。

HKH生產評估監測系統是一種量身定做的監測系統。因為管道工作過程千差萬別，沒有一個固定不變的模型可以套用。這種技術不是讓所有不同工況的管道去適應一種固定的泄漏監測程序，而是讓監測系統去學習管道的特征，讓監測系統去適應去認識每一條具體的管道。這一特點決定了開發調試工作的難度很大，也決定了每一條管道最終都會有一套最適應其工藝特點的泄漏監測系統。這也是HKH系統適應各種生產評估監測而幾乎不誤報警的原因。

3.生產評估監測系統各種方法及特點

因監測方法應用原理不同使其在實際生產過程中的漏點監測、定位方法有較大差異。

質量分析法和體積分析法都是針對管道內流體的量來確定管道是否發生泄漏，其缺點是只有管道內的流體發生一定量的泄漏后才能確認管道出現泄漏工況。

電磁監測法在管道測漏應用過程中其屬于非在線實時監測，監測過程需要巡線人員攜帶信號監測器進行監測，其突出的特點是在管道未發生泄漏的情況下可以發現管道載閥位置，確定載閥或穿孔位置較為準確，并進行及時處理，其不足是：

3.1 需要兩名巡線人員操作監測器沿管線進行檢測。

3.2 電磁信號與管道的保溫層、防腐層、絕緣層的破損情況以及載閥的現場情況有關，保溫層、防腐層、絕緣層的破損情況越嚴重，電磁信號衰減越迅速，管道測漏的有效距離將縮短。

3.3 有效檢測距離較短，一般在5km左右，如增加檢測距離需要借助管線陰極保護樁或在管道上增加信號點。

3.4 電磁監測法屬于非實時監測，其不能實現在線實時生產評估監測。

3.5而常規負壓力波法，需人工設定一個壓力差（流量差）值，利用管道壓力差（流量差）進行判斷，每年數百次以上誤報警或漏報（小泄漏報不了警）。

HKH系統是一套全自動實時管道監測系統網絡，它與同類產品相比具有每年無誤報警或幾次誤報警的低誤報警率，無漏報，定位精度高，監測范圍大，靈敏度高等優點。

4. HKH生產評估監測系統介紹

HKH系統是一套基于模糊神經網絡的人工智能型生產評估監測系統軟件。它克服了傳統方法的不足之處，能夠在多種復雜情況下對各種管道大小泄漏進行及時報警和準確定位。這是學習型系統，它通過短期的試運行就可以對管道的情況有一個全面的了解，試運行后系統可以識別什么是管道正常工作（如站內進行啟泵，停泵，調節輸出量大小等操作），什么是泄漏。如果管道發生的是少量的滲油，只要到達瞬時流量的0.5%系統就會報警，以上這些都是系統自動完成的，不需要人工設定。

HKH系統采用國家專利的誤差消除技術，真正實現了泄漏量大于瞬時流量的0.5%時準確報警，不僅實現了同類技術做不到的自動報警、自動定位，而且比同類技術手工定位精度還要高的多。系統在大于3%以上的泄漏時定位誤差僅幾十米，在泄漏量大于瞬時流量的0.5%時定位誤差范圍在+/-100m，而負壓力波法在這個區間連泄漏都發現不了，更談不上定位了。負壓力波法在較大泄漏條件下手工定位精度小于管道長度×0.5% + 100m，也就是說管道越長誤差就越大。