淺談油氣輸送管道次聲波管道安全系統

摘要：次聲波管道綜合監測系統，是一套組件化的、可擴展性高的管道安全系統。在專有的“動態危險源辨識資源庫”的基礎上，可為用戶提供“發現問題、分析問題、解決問題、杜絕同類問題再次發生”的閉環整體解決方案。次聲波油氣管道泄漏綜合監測技術作為先進、可靠、成熟的石油天然氣管道安全監測技術正在被廣泛的應用在各油氣管道保護系統中。本文詳細介紹了該次聲波管道綜合監測系統的技術原理、硬件架構組成、設計要求、測試方法，以及在油氣管道上系統建設的意義。

關鍵詞：次聲波油氣管道泄漏；綜合監測；油氣輸送管道

引 言

隨著城市工業化進程加快，油氣管道等基礎設施建設的迅速發展，油氣輸送管道直通各城市為建設基礎設施提供重要輸送渠道，對各大城市工業發展起著決定性安全保障。管道輸送，尤其是埋地油氣管道，穿插在各城市要道和交通網絡中。管道中內含輸送介質，因此要考慮管道使用年份久遠，管道是否會發生各種泄漏甚至人為的第三方施工造成管道泄漏所引起的安全隱患。

目前國內外管道泄漏監測系統，功能單一，僅能發現并告知泄漏發生位置，無法提供事前預防、現場事故處置救援、事后應急處置等功能。

次聲波管道綜合監測系統在專有的“動態危險源辨識資源庫”的基礎上，可為用戶提供“發現問題、分析問題、解決問題、杜絕同類問題再次發生”的閉環整體解決方案。完整的次聲波管道綜合監測系統主要涵蓋以下幾個功能：（1）管道實時泄漏監測（2）危險源識別（3）安全風險管控（4）智能巡檢（5）泄漏應急管理。

次聲波管道綜合監測系統應用范圍廣，受管道輸送介質的影響小，廣泛用于液體、氣體、多相流、化學產品、海底管道等各種管道輸送工況。

1.次聲波管道綜合監測系統工作原理和組成結構

1. 1次聲波管道綜合監測系統工作原理

次聲波管道綜合監測系統主要包含管道實時泄漏監測、危險源識別、安全風險管控、智能巡檢、泄漏應急管理等管道安全相關功能。

以系統中管道實時泄漏監測、泄漏應急管理兩個功能為例。次聲波管道綜合監測系統主要以實現次聲波管道泄漏監測、管道沿線重點部位安全風險展示、部分泄漏應急管理功能。

次聲波管道綜合監測系統具有靈敏度高、誤報率低、定位精度高等優點。其工作原理是：在被監控管段兩端安裝次聲波傳感器陣列，管道泄漏的瞬間，傳感器接收到沿管內流體傳播的次聲波信號，通過電纜傳給現場數據采集處理終端，現場數據采集處理終端將模擬次聲波信號轉換為數字信號，通過時間同步、噪聲抑制、干擾抵消和模擬識別等處理，初步判斷是否為泄漏事件，通過安裝于站場的GPS天線進行時間同步。現場數據采集處理終端通過通訊網絡將泄漏事件傳輸給泄漏監測服務器，由泄漏監測服務器判斷是否發生了泄漏并計算泄漏位置。

管道發生泄漏報警事件時，發出聲光報警信息提示用戶，自動觸發應急響應流程。泄漏發生后，系統在GIS上顯示泄漏點的位置，自動觸發應急響應流程，實現泄漏監測與應急指揮聯動，記錄搶險過程，并生成應急指揮報告。同時，系統支持泄漏事故報警模擬和應急演練。

1.2系統組成

次聲波管道綜合監測系統包括軟、硬件兩部分。

軟件部分：次聲波管道綜合監測系統軟件平臺，具有管道實時泄漏監測、安全風險信息展示、應急指揮等功能。

硬件部分：由中心泄漏監測服務器、現場數據采集處理終端、次聲波傳感器、GPS天線組成。

1.3系統功能

系統建成后可實現，在管道重點保護段及特殊地理位置點，建立安全風險信息庫。巡檢人員途經點實時推送危險源列表，在線標注管道周邊施工作業信息，實現實時監控。

能夠自動啟動應急預案，展示應急處置流程，輔助應急指揮，做到可視化、流程化管理，并記錄整個應急過程中的語音、視頻、文字記錄。平時可針對管道泄漏進行應急演練和培訓。

在泄漏發生后基于GIS地圖通過二維或三維地圖的方式顯示泄漏點及周圍的地形、地貌，救援力量，應急資源、道路路況及最佳救援路徑導航等相關救援信息，系統可在第一時間自動生成相應應急救援處置方案，協助提供應急指揮及救援。同時泄漏信息會第一時間推送至搶修人員的防爆手持終端上，指引相關人員快速到達現場，防爆手持終端可實時回傳現場音視頻圖像信息并接受調度中心的應急指令。

2.系統應用

2.1系統設計要求

掌握管線的基礎數據、站場工藝流程圖；

提供已建系統功能的技術協議及標準；

了解站場相關設計規范要求。

2.2系統安裝要求

現場設備安裝需要滿足站場相關設計規范要求。設備放置于站控室，站場提供220VAC，50Hz 的UPS 電源。通信支持有線/無限數據傳輸。

現場傳感器與現場設備間使用4-20ma信號電纜進行信號傳輸。在工藝場區電纜埋地敷設，埋深0.7米，電纜進出戶、過路與工藝管線均穿鋼管保護，電纜敷設見國標94D101-5。現場傳感器安裝方式同壓力變送器。其防爆等級不應低于ExdIIBT4，防護等級不應低于IP67。

3.系統測試

系統測試驗證可分為模擬軟件測試和現場泄放測試兩種。

3.1模擬軟件測試

通過中心服務器可進行模擬現場泄漏測試，對系統性能和工作狀態進行驗證。也可進行日常泄漏事故模擬和應急演練。

3.2現場測試

在輸送管道上，安裝不同孔徑的限流孔板，現場實際泄放，對系統性能和工作狀態進行驗證。

結論

油氣輸送管道對我國國民經濟起著非常重要的作用，被譽為國民經濟的動脈，國家對油氣輸送管道的依賴性逐漸提高，而管道對經濟、環境和社會穩定的敏感度也越來越高，油氣管道的安全問題已經是社會公眾、政府和企業關注的焦點，政府對管道的監管力度也逐漸加大，因此對管道運行管理的核心是“安全和經濟”。

次聲波管道綜合監測系統，從生產角度出發，結合SCADA系統、泄漏監測系統、FGS系統等建設管道安全的精細化管理平臺；實現以自動化生產為主、信息化手段為輔的多系統數據結合；打破各系統的信息孤島；結合生產工藝、自控系統，利用安全風險管控的專業知識，構建動態危險源辨識資源庫；在已建成的動態資源庫基礎上，逐步實現智能巡檢、管道泄漏應急管理、檢維修、搶維修作業票證管理等功能；利用信息化手段，逐步實現管道安全數據的可追溯性；通過基于管道泄漏監測的安全管控系統的建設，利用大數據分析來實現企業精細化管理，為油氣輸送管道的安全運行提供了完整解決方案，實現管道安全風險的閉環管理，為油氣輸送管道的安全運行提供決定性的指導意義。

參考文獻；

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作者簡介：

李東駿，科羅拉多礦業大學在讀碩士研究生，主要研究方向非常規油氣田勘探與開發、油氣集輸。