管道壓力異常情況監測和診斷分析

李 靜，周 力，劉 儀

(中國石化管道儲運有限公司寧波輸油處，浙江寧波 315000)

我國的管道運輸業是與鐵路、公路、航空、水運并駕齊驅的五大運輸行業之一，主要用于石油、天然氣、液化石油氣、化工原料等能源輸送，具有一次性投資少、運輸成本低、安全性高、利于環保等獨特優勢,逐漸成為現代工業和國民經濟的運輸命脈之一。

目前，我國相當一部分輸油管線已經逐漸步入老齡期，由于腐蝕、意外損壞或第三方施工破壞等原因，管線泄漏事故時有發生，嚴重影響了正常的生產秩序，造成巨大的經濟損失。加之站間距較長、沿線地理環境復雜，盜油犯罪團伙一般在夜間作案，地點隱蔽而且經過偽裝掩飾，常規巡線難以發現，致使損失擴大并增加了導致危險性事故的可能性。

中國石化管道儲運有限公司新鄉輸油處所轄中洛線1992年投產，全長286.1 km，設計年輸量500×104t，2002年實現了混合原油密閉輸送，2008年實現了輸油生產遠程控制。2006年前后，管道遭打孔盜油現象非常嚴重，輸油生產面臨非常嚴峻的形勢。為了能夠實時監測到泄漏事故的發生、有效扼制盜油犯罪現象、維護管道的正常運行，新鄉輸油處聯合天津大學共同研發了“中原-洛陽原油管線泄漏監測及定位系統”，并利用現有的科技手段，不斷探討人防、技防措施，歷經兩次升級改造后，在中洛線得到廣泛應用，特別是在2016年的“3·30”“6·24”兩起盜油案件中起到了關鍵作用，有效避免了管道大面積跑油現象發生。

1 負壓波法管道泄漏定位原理[1]

管線泄漏監測及定位系統利用負壓波原理，即當管道發生泄漏時，泄漏點處由于管道內外的壓差，液體迅速流失，管內流體壓力突然下降，泄漏點兩邊的液體由于存在壓差而向泄漏點補充，產生的壓力波由泄漏處沿管道向上、下游傳播，相當于漏點處產生了以一定速度傳播的負壓波。設置在泄漏點兩端的傳感器拾取壓力波信號，并將采集的壓力信號發送到中控室進行分析處理，利用負壓波通過上下游測量點的時間差以及負壓波在管線中的傳播速度，可以確定泄漏位置[1]。

2 中原-洛陽原油管線泄漏監測及定位系統分析與應用

2.1 系統構成

該系統分別安裝于中洛線濮陽、滑縣、衛輝、新鄉、武陟、溫縣、洛陽的7套子站裝置和新鄉調度中心裝置2個部分。各子站的裝置包括油壓、油溫等變送器、站控計算機、信號調理器、信號采集卡和調制解調器等，不間斷采集原油的壓力、溫度信號，監視管道的運行狀況。新鄉調度中心包括工控機、調制解調器、調制解調器通訊所需的多串口卡。系統的中心站和子站之間利用現有的微波系統建立了實時通訊網絡，各子站工控機將數據實時傳輸到新鄉處調度中心計算機，構成分布式系統。

2.2 系統判斷

輸油管道泄漏監測系統需要根據采集到的壓力信號序列，實時分析壓力信號的變化趨勢，實時監測管道運行狀態。初步判斷為事故發生時，發出預報警信號，提示工作人員注意。系統對初步分析發現的故障狀況進一步細化分析，確定故障類型。在管道泄漏監測的過程中采用了信號自動分段技術。新鄉輸油處調度中心計算機綜合各站信息判斷是否有泄漏發生，并對漏點定位。經多年現場實踐證明，該系統反應靈敏、誤報率較低，定位誤差在500 m左右。

2.3 系統應用

2.3.1泄漏定位

2008年底,中洛線實現了輸油生產遠程集中控制，為了確保管道安全運行，對泄漏定位系統進行了升級改造，實現了站站定位功能。

正常生產運行中，值班調度根據異常壓力波動第一時間分析原因，在排除工藝影響的前提下，第一時間進行泄漏定位，并嚴格執行三級巡線制度。若管線異常壓降在0.01 MPa以上、持續0.5 h不回升，而且相關泵站巡線沒有結果，且初步判斷為跑油時，應立即向調度長匯報，請示停輸巡線，并安排搶修隊伍待命；若管線突然壓降在0.2 MPa或以上時，值班調度可立即進行全線緊急停輸、泄壓操作，同時通知相關站隊巡線、搶修隊伍待命，防止大面積跑油事故發生。

以2009年為例，中洛線全年遭打孔破壞12次，由處調度定位、三天之內在現場找到的有 4次，當時沒找到、但有定位記錄、后來找到隱蔽閥門的5次，占打孔盜油總次數的75%。

近幾年，隨著反打工作的高壓態勢不斷升級、泄漏定位技術的逐漸成熟，中洛線遭打孔盜油現象明顯減少，但2016年3月24-27日，不法分子在新鄉站進站段連續作案，處值班調度及時定位、果斷停輸，新鄉處積極組織巡線、蹲點、拉網式排查，于3月30日現場抓獲盜油車一輛；“6·24”案件現場抓獲3名盜油分子、2輛車，兩起盜油案件的快速破獲，避免了更大的經濟損失和大面積跑油事故的發生，泄漏定位系統起到了關鍵性作用。

2.3.2壓降分析

中洛線目前是常溫、密閉、混輸中原油和進口油，正常運行中，因管道清管、調配輸比例、來油溫度變化、油品切換及設備啟停操作等經常引起全線壓力波動，同時，也常多次出現不明原因的異常壓力波動，而且持續時間不等、沒有規律可循。為了摸清壓降原因及變化趨勢，新鄉處成立了異常壓降分析小組，本著“一點一分析”的原則，組織生產、管道、安全及各站相關技術人員進行壓降圖形分析，對調度初期分析、處置措施、后期分析、排查結果等每個環節進行探討，研究制定相應防范措施。以濮陽為例，中原油田來油溫度變化或設備啟停操作時，都會對濮陽站進、出泵壓力造成很大影響，其中，中原油溫度變化對壓力造成的影響尤為明顯。每次溫度變化引起的壓降最高可達0.04 MPa，且泄漏定位系統能定出疑似打孔盜油點，從圖形上看，跟管道被盜油后的圖形非常相似。經多次分析、探討，并多次與油田溝通，最終都能排除異常。

目前，異常壓降分析已經成為新鄉輸油處調度一項重要日常工作，如何做好壓降分析、怎樣用最短時間排除管道異常，也是每一名生產管理者面臨的問題。新鄉輸油處通過不斷加強管道的日常管理和監控、加強值班調度分析判斷能力、完善泄漏定位系統、強化管控措施等，以確保中洛線安全運行。

2.3.3防范措施

因中洛線打孔盜油現象屢禁不止，為了減少盜油事件的發生，新鄉輸油處堅持企警聯防政策，重新修訂管道巡護細則及獎懲辦法，加大泄漏定位管控力度，本著“寧可錯定、不可漏定”的原則，多次調低泄漏定位系統報警點，經過多次驗證，最終確定壓降0.01 MPa報警最為合理。既做到了防患于未然，又減少了誤報率。

日常工作中，新鄉輸油處調度負責泄漏監控、異常壓降定位、數據收集、巡線信息跟蹤等，并制定了《處泄漏定位管理辦法》及《三級巡檢制》。2013年，新鄉輸油處將泄漏定位數據整合到數字化管道平臺，運用GPS巡線系統，結合管道GIS坐標數據，根據事故發生概率評價結果，設定科學合理的巡檢路線和計劃，實現對巡線人員的實時監督管理，在準確及時定位發現事故點位置的同時，提高了搶維修反應效率。

2.4 異常壓力圖形分析

2.4.1盜油壓力圖形

2015年3月31日，中洛線06∶04壓力異常下降0.08 MPa，定位在濮陽出站2.00 km處可能發生泄漏(圖1)，立即組織三級巡線，沒有發現異常；因當時類似現象多次發生，且主要壓降點集中在濮陽出站段0～3 km，即便利用外管道檢測儀器對可疑點進行多次檢測也未見異常；新鄉輸油處組織召開專題會議分析盜油特點、研究解決方案，2015年4月份對濮陽出站0～5 km進行重點開挖驗證，5月14日，在中洛線濮陽出站1.1 km處挖出一個盜油閥，引管200 m，無泄漏，全線停輸2.1 h對其進行摘除。現場勘察發現，盜油閥和盜油引管均做了防腐處理，一定程度上影響了管道泄漏定位系統及檢測儀器的準確判斷。

圖1 泄漏點確定

2016年3月30日0∶00-01∶39，衛輝-新鄉段管道壓力異常下降0.02 MPa，定位在衛輝出站39.81 km，從圖形(圖2)上分析為典型的盜油曲線，新鄉處快速反應、企警聯動，現場抓獲3名盜油分子、2輛盜油車。

圖2 圖形分析

2.4.2溫度影響壓力波動圖形

2014年10月份前后，中洛線管道發生壓力異常下降比較頻繁，主要壓降點集中在濮陽出站段。經分析認為，影響中洛線平穩運行的主要因素除了打孔盜油外，還有首站來油參數變化，包括中原油來油溫度變化、進口油油品切換操作、中原油和進口油設備啟停操作等。這些外界因素會導致濮陽出站壓力變化明顯，但每次壓力變化時，因為溫度變化較慢，反映到SCADA系統趨勢圖(圖3)上，就會比壓力曲線滯后，一定程度上影響了值班調度初期研判。

2.4.3清管球進站壓力波動圖形

前些年，中洛線因打孔盜油等外界因素經常頻繁停輸，因此，在深入研究停輸再啟動問題的基礎上，堅持定期清蠟對中洛線的安全生產具有很重要的實用意義。為提高管輸能力、防止初凝事故的發生，中洛線多年堅持定期清蠟措施，即每月1號和15號濮陽至洛陽全程清蠟各一次，并制訂了嚴密的清蠟方案。管線清蠟后各站壓力除濮陽外均有不同程度的升高，以新鄉站最為明顯，清蠟后壓力升高約0.3 MPa；全線運行的輸油泵電流普遍上升，中洛線輸量增長10～20 m3/h左右。

2.4.4出站管線放油壓力波動圖形

為了排除小流量盜油，在濮陽出站取樣口進行放油試驗，壓降并不是很明顯，定位存在很大誤差。

2.4.5洛陽倒罐壓力波動圖形

在正常運行中，洛陽煉廠倒罐引起的壓力波動更是不可避免，比如2016年6月13日，煉廠08∶55倒罐造成中洛線溫縣-洛陽段管道壓降0.08 MPa、定位45.03 km(進站0.22 km)可能發生泄漏，壓力波動曲線與疑似盜油曲線非常相似。

圖3 趨勢圖

2.5 經驗總結

根據上述各種壓降情況，總結經驗如下。

a) 中洛線所輸油種比較復雜，油品物性參差不齊，在輸送過程中，因油品流速、黏度、密度等參數不同，會引起波速的變化，反映到壓力曲線上，就會造成不同程度的波動。

b) 中原油田來油溫度變化或進行設備啟停操作時，都會對中洛線濮陽首站進、出泵壓力造成很大影響，其中，中原油溫度變化對壓力造成的影響尤為明顯。每次溫度變化引起的壓降一般在0.01～0.03 MPa之間，壓力上升最高可達0.04 MPa，且泄漏定位系統能定出疑似打孔盜油點，從圖形上看，跟管道被盜油后的圖形非常相似。經多次分析、探討，并多次與油田溝通，最終都能排除異常。

c) 臨濮線進口油停輸或倒進罐流程時，也會造成中洛線濮陽來油斷流、進站壓力下降，導致濮陽站外輸泵直接抽罐里存油、出站壓力瞬間下降。此時，泄漏定位系統也能定出疑似打孔盜油點，從圖形上看，很像管道被打孔盜油的趨勢圖。經仔細分析并與聊城調度溝通后，能夠排除外管道異常。

d) 洛陽煉廠倒罐作業引起的壓力波動非常明顯，而且都能定位出可疑泄漏點，由此判斷泄漏定位系統存在偏差，但如果不能確認煉廠方面有相關操作，新鄉輸油處必須第一時間采取巡線措施。

3 存在問題和建議

a) 打孔盜油形勢不容小覷。近幾年，雖然公司所轄輸油管道打孔盜油案件大幅降低，但還不能徹底杜絕，有的盜油分子利用外接管線盜油，最長超過2 000 m，此時的管道工況變化規律相當于在主管道下游敷設了一條副管后的工況規律。如果閥門緩慢打開，全線所有輸油站的進出站壓力都沒有明顯的壓力下降現象，隨著壓力波的衰減對上下站均不會造成任何大的影響，更不會報警。有的不法分子還對盜油閥門進行防腐處理，這給泄漏定位、巡線排查甚至搶修工作都增加了很大難度。

b) 管道泄漏定位精度有待提高。近幾年，不法分子改變了以往的盜油模式，大多數采用從盜油閥上外引管線小流量泄漏進行長期盜油方式。閥門內漏、腐蝕穿孔和小流量盜油引起的管線壓降變化不明顯，現有的泄漏定位系統，通過采集泄漏點前后的壓力波變化很難精確定位，甚至無法進行定位。如果管線泄漏不能及時發現和確定泄漏位置，不能及時進行維護和處理，很可能會發生大量原油外泄。

c) 鑒于上述原因，建議在打孔盜油頻繁的管段安裝超聲波流量計，為現有的泄漏定位系統提供瞬時流量和累計流量信號，根據瞬時流量的變化，準確判斷管道是否發生泄漏，提高定位的精確度和準確度。

d) 推廣應用管道雷達預警系統。該系統針對現有報警設備的不足以及不法分子的作案特點，首次將雷達技術應用到油氣管道防護，突破了管道防護的傳統理念和技術，對預防打孔盜油、違章占壓、第三方破壞等危害管道行為以及推進輸油管道站場完整性管理具有重要意義。