泄漏檢測系統(tǒng)在長輸原油管道中的應(yīng)用分析

史瑤華

摘 要 本文介紹管道泄漏檢測的幾種常見方法，主要說明了負壓波法泄漏檢測系統(tǒng)的定位原理;分析了管道公司主要的兩種泄漏檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合應(yīng)用泄漏實例說明定位方法，總結(jié)得出兩種提高泄漏檢測系統(tǒng)靈敏度和定位精確度的方法。

關(guān)鍵詞 管道泄漏檢測;泄漏檢測系統(tǒng);負壓波法

1泄漏檢測的主要方法及評價

1.1 負壓波法

如果管道某處發(fā)生泄漏，泄漏處壓力會立即下降。管道內(nèi)會形成一個低于管道內(nèi)部壓力的低密度縱波，這種縱波被統(tǒng)稱叫作負壓波。產(chǎn)生的負壓波從泄漏點向管道兩端傳播，其傳播速度與介質(zhì)物性等因素有關(guān)。通常上下游站均安裝壓力傳感器，我們利用檢測得到的上下站收到負壓波信號的時間差和傳播速度計算泄漏點的位置。負壓波法主要適用于管道發(fā)生爆破性泄漏或者較大泄漏的情況。

1.2 壓力點分析法

正常運行的管道，壓力及各項參數(shù)均會保持穩(wěn)定狀態(tài)。泄漏一旦發(fā)生，會破壞此前的穩(wěn)定狀態(tài)，并會過渡到新的穩(wěn)態(tài)。這一過程中管道中的壓強會隨之發(fā)生變化，并將變化的信號傳播至沿線各點。壓力傳感器檢測到的信號通常使用統(tǒng)計法進行分析。根據(jù)信號值畫出壓力曲線的變化趨勢，與管道正常狀態(tài)的曲線趨勢做比較，從而確定是否發(fā)生泄漏。這種方法的缺點是需要在管道上安裝多個傳感器。

1.3 流量平衡法

可以利用進出管道的流量數(shù)據(jù)是否平衡來判斷管道是否發(fā)生泄漏，但無法判斷泄漏點的具體位置。管道首末站一般均裝有流量計量設(shè)備，由于計量原理不同，誤差差別較大。流體的流量與其性質(zhì)及溫度、壓力有關(guān)，且泄漏流量相對于管道輸送量較小，所以精度較低，誤報較多，一般與其他方法配合使用。

2負壓波原理及定位方法

負壓波法靈敏度較高，定位精度較好，且易于維護，在密閉輸油管道上的應(yīng)用已經(jīng)達到了較高的水平。該方法是基于處理分析從管段兩端壓力傳感器檢測到的包含泄漏信息的負壓波數(shù)據(jù)來檢測泄漏的發(fā)生，并利用泄漏產(chǎn)生的負壓波傳播到管道兩端的時間差計算出泄漏點具體位置。

3管道公司泄漏檢測系統(tǒng)概況

目前公司在用的管線泄漏檢測系統(tǒng)主要采用負壓波法，根據(jù)數(shù)據(jù)采集方式的不同，負壓波法又分為兩種方式：基于SCADA系統(tǒng)方式、獨立采集方式。

3.1 基于SCADA系統(tǒng)的泄漏檢測

此種方案各站不放置計算機子站，調(diào)控中心放置一臺泄漏檢測服務(wù)器，借助于SCADA系統(tǒng)，通過OPC接口與各站PLC或遠控閥室RTU連接，獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如：壓力、溫度、瞬時流量等。各站根據(jù)實際需要在壓力變送器輸出到PLC或RTU的輸入端之間加裝信號調(diào)理器，對壓力信號進行預(yù)處理，提供有用信號。

3.2 獨立與SCADA系統(tǒng)的泄漏檢測

此種方案各站放置數(shù)據(jù)采集子站下位機，負責采集站場的負壓波數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至泄漏檢測系統(tǒng)中心站上位機。泄漏檢測中心站上位機接收子站下位機上傳過來的數(shù)據(jù)包并存盤，并對子站數(shù)據(jù)進行處理，實時監(jiān)測管道運行情況，發(fā)現(xiàn)泄漏并定位泄漏點位置，同時發(fā)出聲光報警。

3.3 基于SCADA系統(tǒng)采集和獨立采集兩種方式的比較

比較兩種方式，獨立采集的系統(tǒng)有以下四點優(yōu)勢：①數(shù)據(jù)獨立采集，不依賴SCADA系統(tǒng)，穩(wěn)定性較好。②采樣率高，數(shù)據(jù)采樣準確穩(wěn)定，信號質(zhì)量好。③泄漏檢測準確，響應(yīng)快，能夠檢測到更小泄漏量的泄漏事件。④定位精度更高且誤報率較低。總體來說，因為獨立采集系統(tǒng)的信號質(zhì)量更好，系統(tǒng)的整體性能都要優(yōu)于基于SCADA系統(tǒng)采集的方式。

4系統(tǒng)優(yōu)化措施

4.1 加密采樣點

上下站壓力采集點間距較大，負壓波傳播到監(jiān)測點時已衰減嚴重，過程中受噪聲干擾情況較為普遍。緩慢泄漏、開式流程等負壓波法無法及時報警、準確定位工況，無法解決報警靈敏度和誤報率之間的矛盾，難以準確定位。解決此難點的最有效方法，就是加密管段壓力采集，即利用閥室等條件增加泄漏檢測系統(tǒng)取壓點。

4.2 波速反算

波速的計算公式為：

從公式（1）可以看出，波速與多個因素有關(guān)，可以看出波速對定位的精確度很有影響。原油管道壓力波傳播速度約為 1000～1200m/s，魯寧線預(yù)估波速為1150m/s。通過積累泄漏點的真實定位數(shù)據(jù)或者是站內(nèi)有工藝操作時的數(shù)據(jù)進行反算波速，從而逐步改善泄漏檢測系統(tǒng)的定位精度。已知站間里程、現(xiàn)場實際的泄漏位置、時間差值，帶入公式（1），反算波速公式為：

小結(jié)：利用波速反算的方法有助于提高泄漏檢測系統(tǒng)的定位精確度。

4.3 動態(tài)閾值

閾值是指壓力變化的絕對值與當前實際壓力的比值，壓力變化到達設(shè)定閾值時，系統(tǒng)報警。儀長線、華北管網(wǎng)、日儀線、魯寧線等管線出站壓力的報警閾值設(shè)定為0.005，進站壓力的報警閾值設(shè)定為0.02，由于工藝要求不同，管線的運行方式也有變化。以魯寧線鄒城至滕州為例，由于運行工況不同，鄒城站實際出站壓力范圍在（2～3.6）MP，鄒城出站壓力閾值為0.005。計算得出：

當鄒城站出站壓力=2 MP，泄漏檢測系統(tǒng)檢測并報警的壓力下降絕對值為0.01 MP。

當鄒城站出站壓力=3.6 MP，泄漏檢測系統(tǒng)檢測并報警的壓力下降絕對值為0.018 MP。

結(jié)論：檢測并報警的壓力下降絕對值會隨著采集點實際數(shù)據(jù)變大而變大。

改進方法：引入閾值動態(tài)概念，即閾值隨著實際壓力變化而變化，使泄漏檢測系統(tǒng)能夠檢測下降并報警的絕對值約等于A。參數(shù)A隨著誤報警和靈敏度的制約關(guān)系，經(jīng)過實際測試后調(diào)整。

小結(jié)：利于動態(tài)閾值概念有助于提高泄漏檢測系統(tǒng)的靈敏度[1]。

5結(jié)束語

泄漏檢測系統(tǒng)可有效地預(yù)防因為原油泄漏引起的原油管道安全事故，大大地降低企業(yè)的經(jīng)濟損失，減少企業(yè)的不良負面影響，保障調(diào)度平穩(wěn)運行，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效應(yīng)。常見的泄漏檢測方法中基于負壓波法的泄漏檢測系統(tǒng)綜合指標較好。文中提到的三種系統(tǒng)優(yōu)化方法來源于日常使用中的心得體會，若有不足之處，請大家多批評指正。

參考文獻

[1] 張欣.基于負壓波法的輸油管道泄漏檢測技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學，2018.