基于SCADA系統(tǒng)的原油管道泄漏檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

李正清

【摘要】自21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)空前發(fā)展，信息技術(shù)成了時(shí)代的主流，與此同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)也受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。其中在原油管道運(yùn)輸方面也開(kāi)始使用SCADA系統(tǒng)對(duì)原油管道運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，與之相結(jié)合的還有PLC技術(shù)即通過(guò)該技術(shù)對(duì)原油輸送過(guò)程實(shí)時(shí)觀測(cè)壓力、溫度和噪聲數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)一系列工程達(dá)到了對(duì)整個(gè)原油運(yùn)輸進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。本文則是基于SCADA系統(tǒng)對(duì)原油管道泄漏檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)行研究分析。

【關(guān)鍵詞】SCADA系統(tǒng)泄漏檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

在現(xiàn)如今的我國(guó)陸地原油管道運(yùn)輸采用的運(yùn)輸方式依然是管道運(yùn)輸，即將管道建造好以后深埋。這種方式在我國(guó)依然是主要的原油運(yùn)輸方式，管道運(yùn)輸造價(jià)成本高、后期維護(hù)費(fèi)用高、安全性低等特點(diǎn)引起了科學(xué)技術(shù)的研究。對(duì)已有大量成本的管道運(yùn)輸方式顯然在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法改變，只有在這種方式上進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。

隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)SCADA系統(tǒng)和原油管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際中得到了運(yùn)用。SCADA系統(tǒng)逐漸體現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)與已有的檢測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，在自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)原油管道運(yùn)輸遠(yuǎn)程監(jiān)控。這不僅可以減少人工成本，也在一定程度下降低了管道運(yùn)輸?shù)臐撛陲L(fēng)險(xiǎn)，基于SCADA系統(tǒng)的原油泄漏檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越能發(fā)揮出它的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處，也在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)在自動(dòng)化技術(shù)方面的不斷研究和創(chuàng)新。

1國(guó)內(nèi)外研究狀況

1.1國(guó)外研究

管道泄漏監(jiān)測(cè)方法在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展了很長(zhǎng)時(shí)間。該方法早期側(cè)重對(duì)硬件設(shè)備的研究，如磁力探傷法、管內(nèi)測(cè)球法等，這些硬件設(shè)備測(cè)試法都不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道泄漏狀況，導(dǎo)致泄漏事故不能及時(shí)報(bào)告，最終錯(cuò)過(guò)有效的處理時(shí)間導(dǎo)致更大的事故發(fā)生。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，漸漸地將嵌入式技術(shù)運(yùn)用到管道泄漏監(jiān)測(cè)中，如負(fù)壓力波法、基于參數(shù)估計(jì)的方法等等。

由于國(guó)外軟件技術(shù)的發(fā)達(dá)和起步較早。國(guó)外研究專家又分別提出了基于壓力梯度時(shí)間序列分析的管道泄漏檢測(cè)方法、故障模型濾波器、故障敏感濾波器法、PPA（壓力點(diǎn)分析法）等，隨著科技的發(fā)展，管道泄漏檢測(cè)技術(shù)不斷提高。

1.2國(guó)內(nèi)研究

國(guó)內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)從改革開(kāi)放以來(lái)也取得了許多成就。基于國(guó)外的研究的基礎(chǔ)上，我國(guó)學(xué)者在研究成果上取得了國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先地位。在改革開(kāi)放初期研制出了抗交串自適應(yīng)噪聲對(duì)消系統(tǒng)、強(qiáng)噪聲環(huán)境下地下管道泄漏噪聲的檢測(cè)方法等等，現(xiàn)代化方法有輸油管道泄漏計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)方法檢測(cè)法、泄漏診斷專家系統(tǒng)等等。

雖然我國(guó)在管道泄漏技術(shù)上取得過(guò)一定成就，但是這方面的研究工作依然很欠缺，相關(guān)的研究工作少，很難促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

2原油管道泄漏檢測(cè)技術(shù)過(guò)程

（1）作用原理。在原油管道各個(gè)進(jìn)出口安裝了各種設(shè)備來(lái)檢測(cè)原油流量、負(fù)壓波、溫度等一些重要性指標(biāo)。通過(guò)這些指標(biāo)跟其他進(jìn)出口數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如有異常便能知道管道有泄漏或者其他事故發(fā)生。

（2）泄漏判斷。通過(guò)各個(gè)管道口的流量檢測(cè)和其他儀器的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并與其他管道口的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。利用的原理則是原油管道正常變化的時(shí)候，壓力、流量和溫度等指標(biāo)表現(xiàn)出同升同將的特點(diǎn)，一旦異常這些書(shū)也將發(fā)生變化。

（3）排除隱患。SCADA系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集并保存數(shù)據(jù)，通過(guò)端口將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得出原油泄漏的具體位置并告訴給工程人員，最后由工程人員進(jìn)行并完成搶修。

3泄漏檢測(cè)與SCADA系統(tǒng)

泄漏檢測(cè)與SCADA是兩套不同的系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)是對(duì)原始數(shù)據(jù)的一個(gè)采集系統(tǒng)，可以記錄并傳輸原油管道實(shí)時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)。在這兩套系統(tǒng)之間，SCADA系統(tǒng)通過(guò)終端與泄漏檢測(cè)系統(tǒng)相連接，泄漏檢測(cè)的原始數(shù)據(jù)不斷的傳送給SCADA系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)通過(guò)智能分析后將結(jié)論發(fā)送給計(jì)算機(jī)并提供工程人員。

（1）SCADA系統(tǒng)的要求。首先SCADA的最重要也是最基本的工作是對(duì)原油運(yùn)輸方式管道口進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集并將數(shù)據(jù)傳輸給終端。需要SCADA系統(tǒng)高效、及時(shí)、準(zhǔn)確的將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。根據(jù)SCADA的自身的特點(diǎn)，需要結(jié)合4個(gè)輸油站和2個(gè)遠(yuǎn)控閥室進(jìn)行壓力轉(zhuǎn)換，并在其中添加信號(hào)接受儀器對(duì)其他信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最后通過(guò)檢測(cè)技術(shù)對(duì)原油管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）泄漏檢測(cè)。整個(gè)過(guò)程中所有的數(shù)據(jù)都是通過(guò)SCADA系統(tǒng)采集，SCADA系統(tǒng)具有高效、準(zhǔn)確、及時(shí)的特點(diǎn)，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，最后信息一并傳輸給計(jì)算機(jī)。其中的數(shù)據(jù)包括了，管道進(jìn)出口壓力水平、瞬時(shí)流量單位、溫度以及對(duì)比數(shù)值等。而檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)遴選出需要的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，最后得出管道有無(wú)泄漏的情況。一旦發(fā)生異常，將會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒有關(guān)工作人員。SCADA系統(tǒng)和泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一致性和連貫性，極大地提高了管道運(yùn)輸?shù)陌踩S護(hù)和降低了事故發(fā)生的可能性。

（3）泄漏方位的判斷。通過(guò)由SCADA系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，泄漏檢測(cè)系統(tǒng)泄漏檢測(cè)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)壓力測(cè)試、溫度等綜合因素，并結(jié)合定位技術(shù)找到原油發(fā)生泄漏的地方，最后工作人員由檢測(cè)系統(tǒng)得到具體方位。

（4）數(shù)據(jù)接收和傳輸。根據(jù)實(shí)際的情況，可以知道SCADA系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的頻率在1～2Hz，隨著管道原油的運(yùn)輸量的增大對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，要高效也要準(zhǔn)確，因此對(duì)該系統(tǒng)提出了更高的要求。因此需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在接收數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的整合和分類，并對(duì)影響傳輸效率低的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，主要通過(guò)BTW和BTW指令完成上述過(guò)程。

在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，同樣需要保證數(shù)據(jù)的傳輸速率，在保證速率的基礎(chǔ)上可以通過(guò)DH+網(wǎng)有效的把整個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)有線技術(shù)將其傳輸給計(jì)算機(jī)。除此之外，還可以通過(guò)無(wú)線電技術(shù)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)的傳輸和接收是通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，目的就是提高傳輸和接收速率，準(zhǔn)確高效的傳輸給計(jì)算機(jī)，再通過(guò)泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

（5）排除有害信號(hào)干擾。在采集數(shù)據(jù)中，由于SCADA并沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和排除外來(lái)干擾的能力，SCADA只會(huì)將所有的數(shù)據(jù)高效的準(zhǔn)確的反映給計(jì)算機(jī)。作為最后的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要排除外來(lái)信號(hào)檢測(cè)時(shí)的干擾，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，要進(jìn)行數(shù)據(jù)過(guò)濾，將有害信號(hào)剔除，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在采集數(shù)據(jù)中還會(huì)雜夾著噪聲感染，泄漏檢測(cè)系統(tǒng)同樣可以有效的減少噪聲的頻率。

4 SCADA檢測(cè)系統(tǒng)的意義

（1）國(guó)家角度：原油在被稱為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的血液，在原油運(yùn)輸過(guò)程中使用現(xiàn)代化SCADA檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)，保障原油合理、安全、有序供應(yīng)，一定程度上也可以保證國(guó)家的穩(wěn)定，同時(shí)可以減少安全事故的發(fā)生，從而保障了人民的安全，促進(jìn)了社會(huì)的和諧穩(wěn)定發(fā)展。保證了生產(chǎn)和安全，避免出現(xiàn)大災(zāi)大難。

（2）社會(huì)角度：SCADA檢測(cè)系統(tǒng)可以高效的找出原油泄漏的地點(diǎn)，眾所周知，原油本身對(duì)生態(tài)環(huán)境有很大的破壞作用。原油泄漏事故的發(fā)生，是對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境一次重要的破壞，如美國(guó)大西洋原油泄漏事件、中國(guó)渤海灣原油泄漏事件等都是對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)一次重大破壞。如果引入SCADA檢測(cè)系統(tǒng)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)事故的發(fā)生，同時(shí)加強(qiáng)了原油運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的監(jiān)控。

（3）企業(yè)角度：SCADA系統(tǒng)可以減少企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本和人力成本，更能高效的促進(jìn)原油運(yùn)輸問(wèn)題和解決生產(chǎn)運(yùn)輸中的隱患。企業(yè)運(yùn)用SCADA檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)自身、對(duì)社會(huì)、對(duì)國(guó)家都具有重大意義。企業(yè)生產(chǎn)，安全當(dāng)先，在保證環(huán)境、生命安全的基礎(chǔ)上才能更好的獲得企業(yè)利潤(rùn)。

5結(jié)語(yǔ)

SCADA檢測(cè)系統(tǒng)在陸地原油管道運(yùn)輸中有著舉足輕重的作用，該系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效的避免原油管道的破壞，從而減少了原油泄漏對(duì)生態(tài)環(huán)境、人類健康的威脅。

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