羅娟?臧國軍?高莉
摘要:原油的輸送管道是油田生產(chǎn)的生命之路,一旦管道發(fā)生穿孔,將會(huì)造成大量的原油或天然氣的泄漏,不僅造成能源的浪費(fèi),同時(shí)也會(huì)給周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。對(duì)集群化管道進(jìn)行泄漏監(jiān)測(cè),能夠快速定位管道的泄漏區(qū)域,及時(shí)處理突發(fā)的管道泄漏問題,使石油企業(yè)的損失降到最低,降低由于泄漏對(duì)環(huán)境造成的危害。
關(guān)鍵詞:集群化輸油管道;泄漏監(jiān)測(cè);技術(shù)應(yīng)用
一、國內(nèi)集群化油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
我國集群化管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展是近幾十年內(nèi)發(fā)展起來的,20世紀(jì)80年代,我國石油企業(yè)的專家結(jié)合國外的先進(jìn)技術(shù)對(duì)我國輸油管道的內(nèi)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究和探討,并結(jié)合我國石油企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀提出了適合我國石油開發(fā)特點(diǎn)的集群化管道泄漏檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn),取得了初步的成果,但沒有應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。直至20世紀(jì)90年代開始我國才引進(jìn)了漏磁檢測(cè)的設(shè)備,這才標(biāo)志著我國的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)開始正式的研究和應(yīng)用,經(jīng)過20多年的研究和應(yīng)用我國的漏磁檢測(cè)技術(shù)取得了飛速的發(fā)展,從引進(jìn)國外設(shè)備到自主研發(fā)更高精度的漏磁檢測(cè)儀器,我國的軸向漏磁檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國外先進(jìn)水平,但是超聲波檢測(cè)技術(shù)則處于起步階段,未來的研究和發(fā)展有很大的空間[1]。
二、石油管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的分類研究
(一)石油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,高新技術(shù)和高精尖的儀器設(shè)備的應(yīng)用大大提高了石油生產(chǎn)以及經(jīng)營管理的自動(dòng)化程度,集群化石油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用越來越成熟。集群化管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1.準(zhǔn)確性。輸油管道一旦發(fā)生泄漏,管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地找到泄漏的位置,并對(duì)該位置進(jìn)行定位報(bào)警,提醒工作人員快速的處理。同時(shí),泄漏檢測(cè)系統(tǒng)還會(huì)結(jié)合管道輸油的運(yùn)行狀況,給出正確的報(bào)警信息,降低檢修人員的無用功。
2.靈敏性。管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的識(shí)別精度比較大,一些細(xì)微的泄漏都會(huì)監(jiān)測(cè)到,提醒工作人員對(duì)此處的管道進(jìn)行密切的監(jiān)督,降低更大事故的發(fā)生。
3.實(shí)時(shí)性。管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)工況下的運(yùn)輸管道進(jìn)行監(jiān)控,對(duì)于管道運(yùn)輸過程中的各種參數(shù)的變化能進(jìn)行收集和匯總,將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對(duì)于存在異常的狀況進(jìn)行報(bào)警,提醒工作人員對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)注。
(二)石油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的分類
石油管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。西方發(fā)達(dá)國家石油工業(yè)化發(fā)展比較早,對(duì)于管道泄漏監(jiān)測(cè)要求比較高。我國的石油工業(yè)起步較晚,但發(fā)展迅速,在實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)管道泄漏監(jiān)測(cè)也是非常重視的。石油管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅可以提高能源的利用率,降低對(duì)環(huán)境的危害,同時(shí)提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,降低能源的浪費(fèi)。石油企業(yè)管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù),大致可以分為三類:生物法、設(shè)備法和綜合法。
1.生物方法
生物法,顧名思義就是利用人或是經(jīng)過訓(xùn)練的動(dòng)物對(duì)管道泄漏狀況進(jìn)行的判斷和分析的方法。這種技術(shù)方法是最傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法,這種方法是最直接、最準(zhǔn)確的方式,但是由于需要消耗大量的人力,實(shí)效性比較差。由于需要人或是經(jīng)過訓(xùn)練的動(dòng)物對(duì)管道釋放的氣體或是發(fā)出的聲音進(jìn)行判斷,同時(shí)對(duì)管道附屬設(shè)備進(jìn)行人工檢查,不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)管道泄漏。往往是管道已經(jīng)泄漏了,才能發(fā)現(xiàn)問題。起不到預(yù)防的作用,一旦發(fā)生泄漏,石油企業(yè)的損失比較大。
2.硬件方法
硬件法主要是利用管道監(jiān)測(cè)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)管道運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè),通過在運(yùn)輸管道上加裝直觀的檢測(cè)儀表和儀器來完成的。如壓力傳感器、氣體檢測(cè)儀表以及溫度傳感器等,能夠直接或是間接檢測(cè)運(yùn)行的輸油管道的實(shí)際運(yùn)行狀況。如圖1,在輸油管道上安裝監(jiān)測(cè)儀表,定期對(duì)管道的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)地檢查和校核。聲學(xué)檢測(cè)器被廣泛應(yīng)用在監(jiān)測(cè)輸油管道的實(shí)際運(yùn)行狀況,通過聲波模擬管道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)來反應(yīng)管道的運(yùn)行狀況,聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)主要是識(shí)別運(yùn)行過程中的管道發(fā)出的聲音,來判斷是否存在泄漏狀況,最終對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。如圖2,輸油管道的運(yùn)行狀況,對(duì)于出現(xiàn)異常的地點(diǎn)進(jìn)行明確的定位。這種檢測(cè)技術(shù)需要耗費(fèi)大量的人力物力,需要人員持續(xù)的工作,工作強(qiáng)度比較大,對(duì)于工作人員的專業(yè)性和工作敬業(yè)精神要求比較高。
3.軟件方法
軟件法主要是根據(jù)SCADA系統(tǒng)將管道采集到的流量和壓力以及溫度和流速等數(shù)據(jù),進(jìn)行系統(tǒng)化的分析,與模擬的數(shù)據(jù)對(duì)比,找出差異點(diǎn),進(jìn)而分析輸油管道的整體運(yùn)行狀況,來辨別管道內(nèi)是否發(fā)生泄漏。西方國家對(duì)管道運(yùn)輸?shù)陌踩浅V匾?,在輸油管道的安全運(yùn)輸上投入很大,系統(tǒng)的研究和應(yīng)用了管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?,F(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的SCADA技術(shù)就是通過測(cè)定管道進(jìn)出口的壓力和流量的變化進(jìn)行整體分析,來確定管道是否發(fā)生泄漏。這種具有數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)收集以及匯總整理并進(jìn)行分析的系統(tǒng)還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像顯示。該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)精度比較高,一旦環(huán)境中的泄漏量達(dá)到1.6kg/s及以上,會(huì)立刻激發(fā)報(bào)警模式,提醒工作人員迅速去檢修,防止損失的進(jìn)一步擴(kuò)大。
4.負(fù)壓波法
負(fù)壓波是指管道泄漏時(shí)所產(chǎn)生的一種負(fù)壓波動(dòng)。一旦運(yùn)輸?shù)墓艿腊l(fā)生泄漏,管道進(jìn)出口兩側(cè)的壓力會(huì)出現(xiàn)差值,同時(shí)由于泄漏位置的壓力下降,管道內(nèi)會(huì)形成一種類似聲波的現(xiàn)象,俗稱負(fù)壓波。負(fù)壓波的傳播速度與管道內(nèi)的輸送液體物理性質(zhì)有關(guān),液體的密度和彈性以及管材的摩擦力都會(huì)影響負(fù)壓波的傳播速度。實(shí)際應(yīng)用中,可根據(jù)站內(nèi)操作來檢驗(yàn)調(diào)整理論計(jì)算的壓力波速度。利用負(fù)壓波原理對(duì)輸油管道的泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè),是近年來隨著科技的進(jìn)步逐漸衍生出來的,能夠很好地發(fā)揮高新技術(shù)的作用,各種監(jiān)測(cè)儀表的廣泛應(yīng)用,使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)近兩年才真正取得突破,在生產(chǎn)中發(fā)揮舉足輕重的作用。
三、集群化管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的介紹和應(yīng)用
集群化管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以管道結(jié)構(gòu)為主要監(jiān)控主體,應(yīng)用現(xiàn)代化的精密儀器儀表,以及信息網(wǎng)絡(luò)分析處理技術(shù)、全球定位技術(shù)以及輸油管道的各項(xiàng)物理參數(shù)等,建立的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái),對(duì)集群化管道以及輸油站進(jìn)行管道運(yùn)輸狀況的監(jiān)測(cè)和記錄,不僅能對(duì)集群化管道的運(yùn)行狀況進(jìn)行詳細(xì)的記錄,同時(shí)也對(duì)出現(xiàn)異常的狀況進(jìn)行報(bào)警和反饋,明確問題或是故障發(fā)生的具體位置,幫助工作人員迅速找到事故的發(fā)生位置,提高搶修效率。
各子系統(tǒng)將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中,并根據(jù)各子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的對(duì)象設(shè)置閾值,一旦有異常報(bào)警信息出現(xiàn),將會(huì)定位出異常腐蝕受力的管線,并直接出現(xiàn)在GIS地圖中,方便進(jìn)行在線和離線的直接評(píng)估。
(一)管集群化道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的介紹
集群化輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)以負(fù)壓波法為基本方法,將管道進(jìn)行數(shù)字化模擬,結(jié)合實(shí)際的壓力、溫度以及傳送速度等參數(shù),對(duì)出現(xiàn)異常的位置進(jìn)行報(bào)警和定位。不僅如此,還要根據(jù)輸油管道實(shí)際的運(yùn)行狀況來對(duì)報(bào)警和定位進(jìn)行系統(tǒng)的劃分,設(shè)定優(yōu)先級(jí)別,這樣在人群聚集區(qū)域內(nèi)能夠快遞識(shí)別和報(bào)警,迅速處理泄漏。在人煙稀少的地區(qū),明確泄漏點(diǎn),降低人員的損耗,快速找到泄漏位置,并通過分析泄漏的實(shí)際狀況采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。
(二)輸油管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成
輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)三大部分組成。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
在輸油站以及集油站末端安裝采集系統(tǒng),分別對(duì)管道前后的壓力、流量以及溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和收集。并將各處收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮整合,再由通信系統(tǒng)發(fā)送到終端處理器上,進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合和分析處理。在對(duì)管道內(nèi)的石油運(yùn)輸狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過程中,要保證其準(zhǔn)確性和高效性,這就需要進(jìn)出口站的壓力、流量以及溫度等測(cè)量儀表的準(zhǔn)確和穩(wěn)定有很高的要求。同時(shí)還要保證進(jìn)出口站數(shù)據(jù)的同步性,可采用物理定位的方式進(jìn)行標(biāo)記,定期對(duì)儀表進(jìn)行校對(duì)。
2.數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
集群化管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的血液部分,起到了數(shù)據(jù)的整合和傳輸以及預(yù)處理的作用。集群化管道的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是根據(jù)計(jì)算機(jī)的編程技術(shù)在以管道的實(shí)際運(yùn)行為主要平臺(tái),結(jié)合上下游的壓力和溫度的信號(hào)采集的數(shù)據(jù),結(jié)合MATLAB網(wǎng)絡(luò)平面,自主編程,實(shí)現(xiàn)基于圖像處理的基本算法,并精確判斷運(yùn)行數(shù)據(jù)中的壓力變化,進(jìn)而確定泄漏的位置和區(qū)域,并能理論計(jì)算出泄漏量的大小,進(jìn)而進(jìn)行報(bào)警。
采用MATLAB自帶的DB6小波,實(shí)現(xiàn)小波變換濾波,濾除噪聲信號(hào),保障壓力數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,為后期泄漏監(jiān)測(cè)算法提供可用數(shù)據(jù)。為快速檢測(cè)和準(zhǔn)確定位壓力曲線上的負(fù)壓波,提出一種基于圖像處理的算法。該方法將壓力數(shù)值轉(zhuǎn)化為圖像灰度值,將壓力曲線上的負(fù)壓波起始點(diǎn)定位等價(jià)為圖像的邊緣檢測(cè)[3]。當(dāng)發(fā)生泄漏事故時(shí),管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的差值分析通過驅(qū)動(dòng)電腦聲卡,發(fā)出報(bào)警聲音,提醒值班員工,以便在第一時(shí)間將問題解決。
3.終端分析處理系統(tǒng)
終端分析系統(tǒng)主要是對(duì)接收到的起始站的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,明確運(yùn)輸管道出現(xiàn)的泄漏時(shí)間,并通過計(jì)算確定好泄漏的位置和泄漏量,并在得到數(shù)據(jù)異常后發(fā)出聲光扥報(bào)警提示。終端系統(tǒng)界面顯示起始站的溫度、壓力和溫度以及流量的狀況,通過實(shí)時(shí)變化曲線等體現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)。
四、結(jié)語
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù),人工智能仿真模擬技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用,集群化管道的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度越來越高,準(zhǔn)確性和實(shí)效性大大降低了集群化管道的泄漏和進(jìn)一步惡化的風(fēng)險(xiǎn),能夠及時(shí)止損。集群化管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮了巨大的作用,隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展,將基于硬件的方法和基于軟件的方法更有效地結(jié)合互補(bǔ)仍是研究的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。石油集群化管道的泄漏檢測(cè)技術(shù)未來發(fā)展的路還很長,需要石油工業(yè)人員的工通過努力來實(shí)現(xiàn)。降低輸油管道的泄漏風(fēng)險(xiǎn),更好地為企業(yè)和人們的美好生活服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
[1]付道明,孫軍,賀志剛,等.國內(nèi)外管道泄漏檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J].2004,32(3):48-51.
[2]賀曉斌[1,2].輸油管道泄漏檢測(cè)技術(shù)研究[J].科技傳播,2012,(10):142-142.
[3]王彥升,陳雷,葛煊鑄,等.油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)發(fā)展研究現(xiàn)狀[J].山東工業(yè)技術(shù),2013(10):192-193.
作者單位:中國石油長慶油田分公司