苯長輸管道泄漏監測系統的設計與應用

趙福丹 劉鳳歌 李育峰

(1.東營五色石測漏技術有限公司,山東 東營 257000；2.天津市化工設計院,天津 300193；3.天津大沽化工股份有限公司,天津 300455)

危險液體介質輸送管道泄漏自動監測技術已在國內外得到了廣泛應用。我國長輸管道測漏技術的研究起步較晚，清華大學及天津大學等單位從20世紀90年代中期開始研究，而真正實際應用則是在2000年以后。由于油田治安形勢惡化，使得輸油管道測漏技術迅速規模化推廣應用。

苯在常溫下是一種高度易燃、有香味的無色危險液體，是一種有機化合物，也是組成結構最簡單的芳香烴。苯有較高的毒性，是一種致癌物質。它難溶于水，易溶于有機溶劑，本身也可作為有機溶劑。苯的熔點5.5℃，密度0.88g/mL，為防止其低溫凝固，苯長輸管道全程需要電伴熱帶伴熱且架空鋪設。某長距離苯輸送管道全長37.6km，首站位于某乙烯裝置，末站位于某化工廠罐區。管道起點壓力3.5MPa、溫度10℃，年輸送10萬t(約13t/h)。由于苯屬于劇毒的危險化學品，一旦發生泄漏，不但會污染環境，還可能造成人身傷亡事故，帶來巨大的經濟損失和惡劣的社會影響。因此，需要對苯輸送管道進行高精度泄漏監測，保證管道長期穩定安全生產。

1 測漏原理①

由于苯是一種液體，經過分析研究，苯長輸管道泄漏監測可采用在輸油管道上使用成熟的測漏技術，即基于負壓波原理定位和輸差分析兩種方法，通過監測管道兩端的負壓波、流量和密度來實現測漏報警。

負壓波原理定位方法是指當管道某處突然發生泄漏時，在泄漏處將產生瞬態壓力突降，這種負壓波動將會以一定的速度自泄漏點向兩端傳播，上、下游壓力傳感器將捕捉到特定的瞬態壓力降波形，然后由軟件進行泄漏判斷。要實現準確的定位，必須精確地計算壓力波在管道介質中的傳播速度和上、下游壓力傳感器接收壓力波的時間差。

輸差分析方法是根據液體的不可壓縮性和質量守恒定律，在軟件中實時進行瞬時輸差、2min輸差、10min輸差、1h輸差、4h輸差、8h輸差和24h輸差對比，一旦超出預設門檻，系統就會發出警報，但是不能定位。

2 系統架構

苯長輸管道測漏系統由數據采集站、現場儀表、通信系統和監測軟件4部分組成。

數據采集站位于首、末兩站，由數據采集模塊WSS3000、壓力波測量儀表及安全柵等組成。WSS3000由數據采集模塊和GPS時間采集器構成，由GPS時間采集器采集衛星標準時間信號，用于測漏系統兩個數據采集站的校時。

在管道兩端安裝高精度壓力變送器和質量流量計，用于實時監測管道進出口的壓力、溫度、密度、瞬時流量和累積流量。

系統通信采用互聯網方式，通過3G無線路由器和電話寬帶構成雙路通信，以寬帶為主，3G無線通信為輔，使用互聯網固定IP地址的IP服務器實時轉發數據。

測漏系統軟件實時顯示管道首末兩端的壓力、溫度及密度等參數的變化趨勢圖，并通過算法實時監測壓力變化趨勢和輸差，一旦輸差超過設定值，系統會自動報警，并進行負壓波分析，計算泄漏點位置。

3 應用

苯物料輸送管線測漏系統安裝調試完畢并正式投入運行后，系統整體運行平穩，能夠實時監測流量、壓力、溫度及密度等數據，實現了泄漏監測報警，對保障正常、安全生產發揮了重要作用。

苯長輸管道泄漏監測系統能夠監測到的泄漏量小于總輸量的0.5%；泄漏監測定位和報警均在泄漏發生后的3min內完成。

經過試驗與運行，發現系統存在的問題有：末端壓力變送器對負壓波的反應不靈敏，導致泄漏點定位困難。如某次首站降量操作，瞬時流量從20.6t/h降到20.4t/h，首端壓力有反應，而末端壓力不反應，即使進行起停泵操作，末端壓力反應也很小。分析原因主要是：由于管道為架空鋪設，沿線有很多膨脹彎，且經常停輸，造成膨脹彎頂部有氣體存在，導致負壓波衰減嚴重；末端臨港廠區進站壓變安裝位置應在質量流量計前面，即靠近站外主管道一側；末端壓力變送器量程太高(0.00～4.00MPa)，而管道壓力僅為0.07MPa左右，最高不超過0.10MPa。

4 結束語

基于負壓波原理定位和輸差分析方法的苯長輸管道泄漏監測系統，既大幅減少了系統的誤報，又提高了監測的靈敏度。并且通過3G和電話寬帶構成的通信系統穩定可靠。但由于管道架空導致多處膨脹彎氣體積聚影響了負壓波的傳播，需在今后管道設計時注意。