李春偉 王 博 石 斌 滿明石

（1、大慶輸油氣分公司，黑龍江 大慶 163000 2、中油管道沈陽(yáng)調(diào)度中心，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

泄漏是輸油管道運(yùn)行中的主要故障。在輸油管道運(yùn)行過程中，由于腐蝕穿孔及其它外力破壞等原因，泄漏事故時(shí)有發(fā)生，給油田造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是有組織的打孔盜油活動(dòng)嚴(yán)重干擾了正常的輸油生產(chǎn)，也帶來了重大安全隱患。因此，泄漏監(jiān)測(cè)不僅成為輸油管道安全生產(chǎn)管理的重要工作內(nèi)容，也是保證管道正常運(yùn)行不可缺少的保障。

輸油管道檢漏方法主要有兩類：直接檢漏方法和間接方法。直接方法就是利用預(yù)置在管道外的檢測(cè)元件直接測(cè)出泄漏介質(zhì)。這種方法可以檢測(cè)到微小的滲漏，并能定位，但是要求在管道建設(shè)時(shí)與管道同時(shí)安裝。間接方法就是通過檢測(cè)管道運(yùn)行參數(shù)的變化推斷出泄漏的發(fā)生，這種方法的靈敏度不如直接方法高，適合檢測(cè)較大的泄漏（一般1%左右），優(yōu)點(diǎn)是可在管道建設(shè)后不影響生產(chǎn)的情況下安裝，并可不斷升級(jí)。

高精度管道泄漏監(jiān)測(cè)定位技術(shù)，是一個(gè)多學(xué)科結(jié)合的集成技術(shù)。該系統(tǒng)集成了次聲波管道泄漏定位技術(shù)、GIS（地理信息管理系統(tǒng)）和GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）。它是基于GIS 技術(shù)的綜合管理平臺(tái)，適合長(zhǎng)距離、多管段、復(fù)雜條件下的應(yīng)用。系統(tǒng)以GIS 為基礎(chǔ)，建立可視化的生產(chǎn)信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集中管理和共享，適合于管道管理中對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理和安全管理要求。

輸油管道泄漏報(bào)警及定位系統(tǒng)主要用于監(jiān)測(cè)長(zhǎng)輸管道上某管段的泄漏情況。一旦某管段發(fā)生原油泄漏，系統(tǒng)就會(huì)立即報(bào)警并準(zhǔn)確定位。為油田生產(chǎn)單位及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件提供了準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，使損失降低到最小程度。系統(tǒng)與管道的工況特點(diǎn)相結(jié)合，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和實(shí)用性，符合油田生產(chǎn)的實(shí)際需要。系統(tǒng)具有各種界面簡(jiǎn)潔直觀、功能完善、操作靈活方便及穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 輸油管道泄漏報(bào)警及定位系統(tǒng)

其硬件包括:管道首端與末端安裝的靈敏度高、穩(wěn)定性好的壓力傳感器(有條件的最好有流量變送器);以一體化嵌人機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集處理裝置;通信裝置;管理站(一般是首站)配置的主監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

1.2 軟件構(gòu)成。

系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)為Win 2000。數(shù)據(jù)庫(kù)采用Pardox 或SQL Server2000 等。應(yīng)用軟件是在Delphi 6.0 環(huán)境下開發(fā)的，對(duì)所采集到的各種信號(hào)進(jìn)行處理、識(shí)別、修正和儲(chǔ)存等，實(shí)現(xiàn)記錄曲線的實(shí)時(shí)顯示、泄漏報(bào)警和定位及數(shù)據(jù)查詢及參數(shù)設(shè)置等功能。系統(tǒng)軟件構(gòu)成見圖1。

圖1 輸油管道泄漏報(bào)普及定位系統(tǒng)軟件構(gòu)成

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理。

實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理(壓力信號(hào)的濾波轉(zhuǎn)換、多臺(tái)流量計(jì)求和及數(shù)據(jù)編碼等);負(fù)責(zé)、有線MODEM、網(wǎng)絡(luò)適配器及GPRS 等通信裝置。

2.2 數(shù)據(jù)傳送功能

將數(shù)據(jù)傳送到主監(jiān)控用的上位計(jì)算機(jī)中。

2.3 數(shù)據(jù)綜合處理。

主監(jiān)控計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)各個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收、匯總與綜合處理，完成動(dòng)態(tài)記錄曲線顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行狀態(tài)、分析判斷、生成各種記錄、保存數(shù)據(jù)和記錄、數(shù)據(jù)和記錄的回查及參數(shù)設(shè)置等功能。工況正常時(shí)，系統(tǒng)處于自動(dòng)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，當(dāng)有泄漏發(fā)生時(shí)，便進(jìn)人報(bào)警狀態(tài)。

3 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

3.1 數(shù)據(jù)采集精度和頻率

一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)壓力采集數(shù)據(jù)保留到小數(shù)點(diǎn)后2 位，采樣頻率為1 次/s,輸油管道泄漏報(bào)警及定位系統(tǒng)對(duì)硬件選型和信號(hào)處理提出了更高的要求，系統(tǒng)要求壓力數(shù)據(jù)保留到小數(shù)點(diǎn)后4 位，采樣頻率最小為10 次/s。因此，采用一體化嵌人機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與處理的核心。相對(duì)于板卡而言，其信號(hào)的共地矛盾不突出，信號(hào)質(zhì)量容易保證，內(nèi)置的DOS 系統(tǒng)為數(shù)據(jù)的預(yù)處理、管理通信裝置及進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳等提供了方便。這種以一體化嵌人機(jī)為核心的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置比采用“工控機(jī)十采集卡”的模式更加靈活方便和可靠，尤其對(duì)無人值守站，更能體現(xiàn)出優(yōu)越性。

3.2 通信條件的確定

通信質(zhì)量是決定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的關(guān)鍵。在滿足基本的數(shù)據(jù)傳輸速率的前提下，保證通暢穩(wěn)定的傳輸是至關(guān)重要的，否則將給上位主監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序編制帶來一定的困難。綜合比較幾種通信方式，無線數(shù)傳電臺(tái)相對(duì)獨(dú)立，是比較理想的通信方式;而有線MODEM、網(wǎng)絡(luò)、GPRS 等受公用系統(tǒng)的制約，穩(wěn)定性較差，影響定位的準(zhǔn)確度，采用這些通信方式時(shí)，需要進(jìn)行有針對(duì)性的特殊處理。

3.3 原油物理性質(zhì)差別的影響

壓力波的傳遞受介質(zhì)成分和物理性質(zhì)等因素的影響很大。輸油管道中從首端到末端的原油，其流動(dòng)性隨溫度的降低而變差，壓力波的傳遞速度也會(huì)發(fā)生變化。不同地區(qū)的原油理化性不同，或同一輸油管道中不同時(shí)段原油的含水發(fā)生變化都會(huì)對(duì)壓力波的傳遞速度產(chǎn)生影響。對(duì)于多節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜管網(wǎng)，若各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入的原油品質(zhì)、溫度和含水不同，壓力波的波速會(huì)變得更加復(fù)雜。波速的變化直接影響定位精度，應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修正。

3.4 信號(hào)固有千擾和波形特征處理

在理想的信號(hào)波形狀態(tài)下，要識(shí)別一定量的泄漏所產(chǎn)生的負(fù)壓力波信號(hào)并不困難。但在實(shí)際生產(chǎn)中，引起管道中原油壓力變化的因素很多，如提高或降低排量、倒罐、倒流程、加壓泵的抖動(dòng)(包括供電不穩(wěn)的影響)等都會(huì)造成管道中壓力的變化，甚至某些電學(xué)干擾也會(huì)造成壓力變化的假象，干擾了對(duì)真正泄漏壓力波的識(shí)別。因此，系統(tǒng)應(yīng)具有準(zhǔn)確的信號(hào)識(shí)別能力。要做到這一點(diǎn)首先要合理選擇前端數(shù)據(jù)采集部分的硬件，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)要采取隔離和抗干擾措施，盡量減小電干擾對(duì)原始數(shù)據(jù)的影響。對(duì)于因工藝流程等引起的固有壓力波動(dòng)，理論上可以采用各種波形變換手段對(duì)采集到的信號(hào)波形進(jìn)行變形分析處理，如均值濾波、中值濾波及小波變換等。

3.5 主要技術(shù)指標(biāo)

輸油管道泄漏報(bào)警及定位系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)為：監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度每段小于50km；瞬時(shí)泄漏速度)管道中原油瞬時(shí)輸量的1%-5%；定位誤差蕊200m；誤報(bào)率小于2%；漏報(bào)率小于1%。

基于上述原因，通過實(shí)踐表明:系統(tǒng)模式采用“自動(dòng)報(bào)警+人工核實(shí)”或“自動(dòng)報(bào)警定位+人工核實(shí)”是比較切合實(shí)際的，且“自動(dòng)報(bào)警定位+人工核實(shí)”的模式也必須在工況條件比較好的管道上運(yùn)用才有一定的意義。

4 應(yīng)用效果介析

輸油管道泄漏報(bào)警及定位系統(tǒng)于2000年進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試。在技術(shù)上做了大量的改進(jìn)，如增加了流量核實(shí)、溫度修正、技術(shù)更趨完善。并在平原地帶、山區(qū)地帶進(jìn)行了推廣試驗(yàn)，使系統(tǒng)得到了推廣和應(yīng)用。目前已在華北油田的河一石(150km)長(zhǎng)輸管道；二連公司阿一賽(360km)長(zhǎng)輸管道；長(zhǎng)慶油田馬－惠－寧長(zhǎng)輸管道及靖－馬長(zhǎng)輸?shù)裙艿郎线M(jìn)行了應(yīng)用。輸油管道泄漏報(bào)警及定位系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了輸油管道安全生產(chǎn)管理水平和效率，最大限度地降低了油品泄漏導(dǎo)致的環(huán)境污染，減少了油品損失，降低了巡線頻率，節(jié)約了成本，收到了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。以河間－石家莊輸油管道為例:2000年10月-2002年10月，已累計(jì)報(bào)警定位達(dá)310次，同安裝系統(tǒng)前相比，2001年原油損失減少了1 670t，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益約200萬元。

輸油管道泄漏報(bào)瞥及定位系統(tǒng)在各油田的成功應(yīng)用為用戶提供了及時(shí)準(zhǔn)確的泄漏信息，為原油在長(zhǎng)輸管道中的安全運(yùn)輸提供了保障。但是作為一項(xiàng)新技術(shù)，還有許多值得研究、需要改進(jìn)的地方。如:合理變換和處理信號(hào)波形，提高從復(fù)雜波形中分析識(shí)別有用信號(hào)的能力，如何建立復(fù)雜管網(wǎng)條件下的理論模型等。另外，目前的輸油管道泄漏報(bào)警及定位系統(tǒng)還不能夠在所有管道上完全做到“自動(dòng)準(zhǔn)確定位”，需采用“自動(dòng)報(bào)警+人工核實(shí)”或“自動(dòng)報(bào)警定位+人工核實(shí)”的半自動(dòng)工作模式。在“自動(dòng)分析判斷和自動(dòng)準(zhǔn)確定位”方面還需要作更多的工作。