論原油泄漏報警系統在油田的應用

范金璽

（吉林油田公司，吉林 松原 138003）

論原油泄漏報警系統在油田的應用

范金璽

（吉林油田公司，吉林 松原 138003）

原油泄漏報警系統是根據“質量守恒定律”和“能量守恒定律”，采用“趨勢法”和“輸差法”建立管線泄漏報警模型，設計管線泄漏檢測功能，以達到在管線泄漏時能夠“及時發現、快速處置、有效控制”的目的。本文基于原油泄漏報警系統，分析其在油田的應用，以期為油田事業發展提供借鑒。

原油泄漏；趨勢法；輸差法

1　泄漏監測與定位的設計原理

近年來的原油泄漏主要是人為破壞造成的，持續時間短、泄漏量較大，屬于突發性事故，采用趨勢法和輸差法。具備數字化監控條件的采油廠輸油支線建立泄漏報警系統，系統采用“趨勢法”和“輸差法”建立報警判斷模型，干線報警信息發送到應急預警中心預警日志，支線預警報警信息發送到廠級指揮系統調度日志。

系統旨在通過從前端采集的壓力、排量等實時數據按照泄漏報警模型進行24小時計算，即時將異常情況以聲音和燈光閃爍的形式報出，提醒值班人員及時落實和處理，同時系統自動形成報警日志。

1.1泄漏報警模型

系統基于壓力降和質量平衡原理，采用統計決策法設計“壓力持續下降”“瞬時排量輸差持續增大”“累計排量輸差大于預警值”實時判斷模型。

1.1.1設計原理

泄露發生特征：泄漏點原油外流，由于管道內外壓差，泄漏點的原油迅速流失，壓力下降。泄漏點兩邊的原油由于壓差而向泄漏點補充。這一過程依次向上下游傳遞，相當于泄漏點處產生了以一定速度傳播的負壓力波，它經過很短時間，就會經過閥室，最后到達上下游站。

1.1.2壓力下降原理

正常輸送時站間管道的壓力坡降呈斜直線。當發生泄漏時，漏點前的流量變大、坡降變陡，漏點后流量變小、坡降變平，沿線的壓力坡降呈折線狀，折點即為泄漏點。

（1）管路的壓降計算，根據流體力學理論，輸油管道的總壓降可表示為：

其中：hL為沿程摩阻，hξ為局部摩阻，（Zj-ZQ）為計算高程差。（2）水力摩阻系數的計算，計算長輸管道的摩阻損失主要是計算沿程摩阻損失hL。達西公式：

對于一條給定的長輸管道，L和D都是已知的，輸量（或流速）V也是已知的，現在的問題就是如何計算水力摩阻系數λ。

根據流體力學理論：

其中：e為管壁的絕對粗糙度，D為管道內徑，λ是Re和的二元函數，具體的函數關系視流態而定。

流態：分為層流和紊流，中間還存在一個過渡區，在解決工程實際問題時，為了安全，一般盡量避開過渡區，因該區的流態不穩定。

（3）流態判斷

層流：Re＜2 000；

過渡流：2 000＜Re≤3 000（一般不考慮）；

紊流光滑區：3 000＜Re≤Re1；

紊流混合區：Re1＜Re≤Re2；

紊流粗糙區：Re＞Re2；

其中：Re=4Q/πDV；Re：雷諾數；Q：管內流量，m3/s；D：管線內徑，m；V：運動黏度，m2/s；Re1=59.5/ε8/7；Re2=（665-765 lgε）/ε；ε=2e/D（管內壁的相對粗糙度）。

其中，e：管內壁的絕對粗糙度；無縫鋼管：0.06 mm；直縫鋼管：0.054 mm；螺旋焊縫鋼管：DN為250～350時取0.125 mm，DN＞400時取0.1 mm；D：管線內徑，mm。

不同流態下的A、m、β值，見表1。

表1　不同流態下的A、m、β值匯總表

1.1.3壓力下降時間差

如果是泄漏引起的壓力下降，必然是距離泄漏點最近的閥室的壓力下降最明顯，而且時間上最先到達。如果是站內操作引起的壓力下降，必然是出站壓力下降最明顯，時間最早。

1.1.4流量變化原理

根據質量守恒原理，管線有泄漏發生后，打破原來平衡，必將引起上下游站排量變化，受管道長度、泄漏點破損程度、地形影響，經過一段時間后，新的平衡會重新建立，反映在數據上是：出站累計排量=下游進站累計+泄漏量。所以用“累計輸差大于預警值”的辦法也是可以反映監控的。

1.2壓力持續下降判斷模型

數據采集：采集外輸壓力和所經過閥室的閥前壓力，數據采集頻率為4 s，判斷周期為2 min。

采樣：采用統計法，首先取前10 min的數據，計算平均值，作為基準壓力P基，再確定一個正常上下波動范圍值△P。

跟蹤：每4 s讀取當前壓力值P實，當P基-P實＞△P時，為一個異常點。

分析：當異常點累計達到60%以上，啟動趨勢分析算法，將異常點依次分為5組，取得每組的平均壓力值P1、P2、P3、P4、P5。若出現P1＞P2＞P3＞P4＞P5，或P基＞P1，P基＞P2，P基＞P3，P基＞P4，P基＞P5，且P基-P5＞0.1 MPa，則疑似泄漏。

報警：當判斷為疑似泄漏時，監控單元軟硬件黃燈預警。

1.3模型修正

由于工業現場電磁干擾，輸油泵的振動等因素影響，實際采集到的負壓波序列附著大量的噪聲。因此上述監控方法需要進行如下修正。

去除噪聲點：啟泵操作不報警，采用出站排量7 min前是低于起輸值，當前排量上升到很快，同時壓力7 min前低于起輸值，現快速上升，停泵相反。停泵不報警：對于出站壓力、出站排量低于起輸值，視為停泵狀態。數值去噪：數據都要在上下量程范圍內，網絡通信GOOD，對于剛好在壓力突變分析時出現的個別數值特別低的值直接過濾。

壓力下降聯合判定：對于一個輸油單元，如果原油輸到下游不進罐，各種原因引起的壓力下降會在所有壓力計上有所反映。如果是出站工況操作引起的，會出現出站壓力時間最早，其次一個閥室，直到末端。如果是泄漏，距離最近閥室最早，反而上下游站較晚。在曲線上可反映出來，人工判斷時引起高度注意。

2　軟件設計

2.1實時數據源的采集

站控機經由OPC Server通道，從遠端站控機實時上傳數據到實時數據庫。

實時數據分類：通過實時數據讀取接口，進行數據讀取，最終展示到頁面上。對于讀取出來的數據還要進一步整理，充分把數據做到分門別類地應用。

實時數據入庫：對采集回來的數據通過實時數據庫進行保存，保存時間可自動配置，其中采集回來的數據龐大，需要對數據分類應用，如：對輸油泵、集輸、可燃氣等數據進行分類，使進到實時庫里的數據是經過整理后的數據。

2.2關聯關系的建立

裸數據采集上來之后不能直接應用，還得通過實時數據庫計算公式進行計算。在數據庫中進行計算，大大節省了運算的時間，提高了數據的反應速度。

預警模型的建立：對系統識別出的報警數據，分為站控網絡異常、現場參數超限、啟停機報警、重大事故四個類別，設置不同處置流程。對重要監控數據進行參數設限，讓數據在一個安全的范圍內進行上下波動，做到實時預警降低生產隱患。對每一個數據都能做到限制設定。為了操作的簡單方便與安全，所監控頁面有統一的標準化按鈕進行設定操作。

2.3信息發布

通過預警信息發布接口，將實時產生的預警信息發布至預警信息處理模塊，并且提供對外發布接口。

3　結 語

作為基于Web版的原油泄漏報警系統平臺，和其他同類產品相比，在數據采集、存儲、顯示、信號處理、數據傳輸等方面顯示了強大的功能，尤其是其數據采集和信號處理的優勢提高了人們的工作效率。

主要參考文獻

［1］王嵐.原油管道泄漏檢測及定位方法研究［D］.西安：西安交通大學，2004.

［2］王琳琳，喬杰，于航，等.長輸石油管道泄漏檢測與定位技術探討［J］.現代工業經濟和信息化，2015（8）.

［3］丁春建.石油天然氣長運輸管道的泄漏檢測以及定位技術研究［J］.城市建設理論研究：電子版，2014（28）.

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.18.032

TP277

A

1673-0194（2016）18-0051-02

2016-08-20