宋斌（中國石油化工股份有限公司，天津 300270）

2013年“11.22”中石化黃島輸油管線爆燃事故，損失巨大，教訓(xùn)慘痛，對我國油品長輸管線的管理敲響了警鐘，更對管線監(jiān)測系統(tǒng)提出了更高、更迫切的要求。目前隨著國家經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，成品油的管道輸送已成為銷售及運(yùn)輸?shù)闹匾绞街?，成為企業(yè)效益增長的重要影響因素。其具有運(yùn)輸量大、運(yùn)費(fèi)低、能耗少、損耗率低、投資少等優(yōu)點(diǎn)。在管道運(yùn)行過程中，由于腐蝕穿孔引起的泄漏時(shí)有發(fā)生。近年來不法分子打孔盜油事件成為成品油管道安全運(yùn)行的最大隱患。成品油屬于易燃危險(xiǎn)品，管道一旦發(fā)生泄漏事故，會造成管道停輸、油品損失、效益流失、污染周邊環(huán)境、甚至人民生命財(cái)產(chǎn)安全等嚴(yán)重后果。泄漏監(jiān)測不僅成為管道安全生產(chǎn)的重要工作內(nèi)容，也是管道正常運(yùn)行不可缺少的保障。為確保成品油管道的安全運(yùn)行，結(jié)合某成品油輸送管道的建成及投用，開展了管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的研究。

1 管道泄漏監(jiān)測方法

1.1 成品油泄漏方式

成品油管道常見泄漏方式有兩種，一是小孔泄漏，即較小孔洞長時(shí)間持續(xù)泄漏，按照流速大小又可以分為大、中、小型泄漏，例如在成品油管道上打孔盜油；二是大面積泄漏，即較大孔洞在短時(shí)間內(nèi)泄漏出大量物料，例如整條管道折斷。

1.2 泄漏監(jiān)測方法

隨著管道技術(shù)的提高，管道泄漏監(jiān)測技術(shù)也在不斷發(fā)展。根據(jù)不同的監(jiān)測原理，將管道泄漏監(jiān)測技術(shù)大體分為以下幾種：流量、壓力、化學(xué)、聲學(xué)、統(tǒng)計(jì)、光學(xué)、模型的監(jiān)測方法。管道泄漏監(jiān)測技術(shù)關(guān)鍵解決兩方面的問題：一是管道泄漏報(bào)警，二是泄漏點(diǎn)精確定位。近幾年，以負(fù)壓波法為基礎(chǔ)的管道監(jiān)測系統(tǒng)在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。本次管道建設(shè)期間即采用了負(fù)壓波法監(jiān)測泄漏的定位報(bào)警系統(tǒng)。

1.3 負(fù)壓波法的壓力定位原理

負(fù)壓力波法是利用管道瞬態(tài)模型，當(dāng)首末兩站間輸油管段內(nèi)某一點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)壓力突然降低，根據(jù)流體力學(xué)的理論，泄漏點(diǎn)就會產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的壓力變化，我們稱這個(gè)負(fù)的壓力變化叫負(fù)壓波。負(fù)壓波通過介質(zhì)按一定規(guī)律向兩端傳播，當(dāng)該負(fù)壓波傳播到管道端點(diǎn)時(shí)，引起首站出站壓力和末站進(jìn)站壓力降低，并分別被設(shè)在兩端的壓力變送器捕獲。隨泄漏位置的不同，響應(yīng)的時(shí)間差也不同。根據(jù)響應(yīng)時(shí)間差、管道長度、壓力傳播速度即可計(jì)算出相應(yīng)泄漏位置。對由于因管線的工況參數(shù)及被輸介質(zhì)的理化性質(zhì)和溫度衰減等引起壓力波的傳遞速度及衰減速度變化進(jìn)行必要的補(bǔ)償和修正即可實(shí)現(xiàn)泄漏報(bào)警及定位。

如圖1所示。

1.4 負(fù)壓力波法的流量變化規(guī)律

當(dāng)首末兩站間輸油管段內(nèi)某一點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)壓力突然降低，所產(chǎn)生的負(fù)壓力波將沿管道向兩端傳播，當(dāng)該負(fù)壓波傳播到管道端點(diǎn)時(shí)，引起首站出站壓力和末站進(jìn)站壓力降低的同時(shí)，引起首站出站流量的上升和末站進(jìn)站流量的降低。流量的上升和下降與壓力的變化幾乎是同時(shí)的，因此也可以用流量來定位。但是由于流量變化反應(yīng)時(shí)間長、受流量測量精度限制，不能對泄漏點(diǎn)進(jìn)行精確定位，所以常用來報(bào)警或輔助定位。

1.5 報(bào)警原理

表一 各種工況參數(shù)變化對照表

根據(jù)流體力學(xué)的理論，管道發(fā)生泄漏，首站壓力下降、流量上升，末站壓力下降、流量下降。上述四大特征同時(shí)出現(xiàn)說明管道發(fā)生了泄漏。

為了減少誤報(bào)警，首站壓力下降、流量上升；末站壓力下降、流量下降要達(dá)到一定的設(shè)定值系統(tǒng)才報(bào)警。

報(bào)警有兩種方式，一種是邏輯報(bào)警。首站壓力、流量；末站壓力、流量組成。另一種是強(qiáng)制報(bào)警由輸差決定。

強(qiáng)制報(bào)警是指壓力沒有明顯變化而輸量對不上即：首站流量一定時(shí)間內(nèi)大于末站流量產(chǎn)生“輸差”，當(dāng)“輸差”達(dá)到一定值時(shí)系統(tǒng)報(bào)警。這種報(bào)警一般是提醒值班人員注意。

2 管道泄漏監(jiān)測報(bào)警定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

泄漏報(bào)警定位系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、中央數(shù)據(jù)監(jiān)視處理系統(tǒng)三大部分組成，完成分路采集，集中監(jiān)控的目的。

其結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 管道泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 主要技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)

3.1 管道泄漏監(jiān)測報(bào)警定位系統(tǒng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

（1）監(jiān)測管道長度小于100Km。

（2）定位誤差小于管道長度的0.5%。

（4）系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間小于120s。

（5）系統(tǒng)測漏精度不小于瞬時(shí)流量的1.5%。

（6）系統(tǒng)要求管道最低壓力0.1MPa。

3.2 特點(diǎn)

（1）可在管線停輸?shù)那闆r下監(jiān)測泄漏。

（2）具有良好的監(jiān)測界面，可在電子地圖上顯示泄漏點(diǎn)位置。

（3）可以長期保存歷史監(jiān)測界面，方便查看歷史曲線。

（4）記錄事件，可以通過查看事件進(jìn)行歷史記錄查詢。

4 管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用及效果

圖3 為長輸線停輸過程中遭到打孔首末站壓力曲線變化圖形。

圖3

圖4 為長輸線在輸送過程中遭盜油首末站壓力、流量曲線變化圖形。

圖4（a）

圖4（b）

由圖3、4可以看出，2次泄漏都產(chǎn)生了明顯的負(fù)壓波，且流量變化明顯，利用壓力曲線拐點(diǎn)進(jìn)行泄漏點(diǎn)定位，定位精度在1%以內(nèi)，保證了管道安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

利用負(fù)壓波法泄漏監(jiān)測技術(shù)開發(fā)的管道泄漏監(jiān)測報(bào)警定位系統(tǒng)，具有所需設(shè)備少、投資費(fèi)用低等特點(diǎn)。系統(tǒng)在長輸線投用結(jié)果表明，此監(jiān)測系統(tǒng)具有反應(yīng)靈敏度高、定位準(zhǔn)確、曲線直觀等特點(diǎn)，滿足了日常泄漏監(jiān)測的生產(chǎn)要求。

采用泄漏監(jiān)測系統(tǒng)對成品油長輸線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響管道安全運(yùn)行的隱患，有力地打擊盜油分子的囂張氣焰，避免重大安全及環(huán)境污染事故的發(fā)生，為管道的安全運(yùn)行提供了保證，減少了企業(yè)效益流失，有廣闊的應(yīng)用前景及推廣價(jià)值。

[1]劉恩斌.彭善碧等.輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)研究，石油工程建設(shè)，2004，30（6）.

[2]李大全.姚安林成品油管道泄漏擴(kuò)散規(guī)律分析，油氣儲運(yùn)，2006，25（8）.

[3]孫洪.絡(luò)建德等塘沽-燕山輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，油氣儲運(yùn)，2007，26（9）.