综合泄漏监测系统在巴陵管道的应用

摘  要：管道运输是油品运输的主要方式，保障输油管道安全运行是一个很重要的议题。输油管道泄漏检测与定位算法的研究以及监测系统的开发，在实际生产中有着重要的经济意义和社会意义。当前广泛采用的负测与定位；压波检测法和次声波检测法均有不同的适用条件，同时也存在着不同缺陷。本文针对上述问题，提出了一个基于多种泄漏检测原理与定位算法，并围绕实际工程应用的需求，设计实现了一套管道泄漏监测系统。

关键词：管道泄漏监测系统；负压波；次声波

在现代工业中，石油和天然气是极其重要的能源和化工原料，它们在人民生活、工农业生产和国防建设中均起到了关键作用。众所周知，管道运输是最安全、最有效的运输石油天然气的方式。但是，大多数管道都埋在地下，很容易受到湿度与压力的影响而导致腐蚀或变形。同时，管道中任何金属腐蚀或是极小的缺陷都可能造成严重的生产事故。本文以输油管道泄漏检测和定位为背景，描述了负压波检测法、次声波检测法应用于工业现场的管道泄漏监测系统[1]。

１现状分析

1.1管道泄漏监测系统背景

长输油气管道的特点为点多线长且多数为埋地管道。由于使用环境恶劣，随着服役时间不断增长，腐蚀、地形沉降、重压、机械施工及人为破坏等因素都能使管道出现损伤，甚至泄漏[2]。

本次项目管线为巴陵石化石脑油输油管道，测试管段全长18.6km，设有道仁矶首站1座，五号沟末站1座管径 250 mm，管道壁厚 7 mm，设计压力 4.0  MPa，管道采用常温输送工艺。

1.2常用管道泄漏监测的方法

1.2.1次声波技术

次声波泄漏检测技术主要用于快速发生的较小口径的泄漏，其泄漏检测灵敏度高、定位准确，仅对快速发生的泄漏有较好的检测效果，对由于腐蚀穿孔等引起的缓慢发生泄漏的检测效果不佳。且易受外部干扰影响[3]。

1.2.2负压波技术

在管道发生泄漏的瞬间，泄漏点会出现瞬时压力下降，产生一个负压波。在管道中，负压波从破裂的泄漏点，透过流体导引，沿着管道向两侧扩张，压力传感器安装在管道的首末两端，把压力波信号转变为电信号[4]。泄漏信号检测算法用压力波电信号，实现泄漏信号快速检测。负压泄漏检测技术灵敏度不如声波法高，但是对于检测缓慢发生的泄漏效果比次声波技术具有一定的优势。

1.2.3质量平衡

根据质量流量平衡，管道内介质的流进与流出应相等。当泄漏程度达到一定量时，入口与出口会形成明显的流量差，流量差超出正常波动范围标准差的3倍就可判定为泄漏。但是由于启停泵过程中入口与出口间的流量差会很大，且不超过整个管道的介质容量，所以还需要配合其它方法进行检测。质量流量信息用于缓慢发生的较小泄漏的检测。

1.3解决问题的方法

为解决管道泄露监测问题，综研究负压波、声波、流量平衡等泄漏检测原理，以上技术原理作为泄漏系统主要检测技术，建立泄漏检测模型，在现有的泄漏检测技术的基础上，结合管道运行参数进行研究优化。此复合法检漏系统，以期提升管道泄漏监测水平，保障管道安全运行。

2系统设计与功能

2.1 系统架构

根据管道现有的状态和泄漏检测技术的特点，我们构建了基于管外检测技术的5层框架的泄漏检测平台。该平台包含仪表层、数据采集层、数据中心、泄漏诊断层以及检测结果发布层，具体如下图所示。

考虑管道公司的要求和已有的数据采集系统，新一代泄漏综合监测平台目前融合了三种泄漏监测方法：次声波法、负压波法、质量流量平衡。考虑管道的实际应用场所在网络平台选择上是有线和无线两种通讯模式。在平台内部的云数据分析方面采用成熟的硬件构架加上自主的模型开发的方式[5]。①组合泄漏监测平台划分为若干功能独立的子系统，并分别开发操作/显示界面。

2.2管道泄漏监测系统功能展示

程序的主界面分为三部分：波形实时监测区（显示各条管线的实时压力数据）、数据诊断区（确保各站点的RTU处于正常的工作状态）、报警显示区。具备历史数据可显示与手动定位功能。主要包括：历史波形显示、报警记录和历史数据选择及定位操作。

2.3系统特点

通过对现存问题的归纳总结及现阶段市面上常用泄漏监测技术的研究，发现通常的泄漏监测系统使用的技术较为单一，在应用中经常误报及漏报，造成用户对应用效果颇有微词。所以提出一种结合多种泄漏监测技术组合的综合性技术平台，使整个系统的安全性有极大的提高，同时降低了误报率。

2.3.1综合法管道泄漏监测技术及模型

通过组合次声波法、负压波法和质量流量平衡法三种管道泄漏监测技术，三种技术相互补充又各自发挥自身优点，根据现场条件，质量流量平衡法为可选的组件。其中，次声波法和负压波法主要负责监测快速发生的较小泄漏孔径的泄漏；质量流量平衡法主要负责监测长时间的缓慢泄漏；组合的各种泄漏监测算法同步实时运行，分别针对相应的信号进行实时诊断，并通过信息融合自动实现泄漏定位和报警。

1.基于次声波信号和由负压波虚拟的次声波信号融合的管道泄漏监测模型；

2.基于次声波的管道泄漏监测模型及基于负压波的管道泄漏监测模型；

3.基于质量流量平衡的管道泄漏监测模型；

4.微弱泄漏信号的增强模型。

3 系统测试

3.1放油测试

2023年2月5日至6日，进行管道泄漏监测系统的现场盲测。巴陵石化各部门相关领导和技术人员参加测试。分别选择道仁矶储运车间为首站，五号沟储运车间为末站，近进行测试。对泄漏量/管输量=0.5%、1%、1.5%分别采用快开快关、快开慢关、慢开快关、慢开慢关四种开关阀门的手法进行测试，测试全部达到预期目标。

3.2测试结果

经测试，当泄漏量的占输比达到0.8%以上时（合同要求1%），系统都能自动报警，且定位误差为471米，在要求范围之内（合同要求933米）。在特定的条件下，泄漏量的占输比在0.4%左右时，也可以自动报警。根据统计数据，系统报警能力为最小泄漏量的0.5%，经过对比，本系统在可检测的更小泄漏量、自动定位精度、漏报率方面也明显优于现有系统。

4 结束语

本论文表述了管道泄漏的一系列危害，并以提高泄漏报警准确率和定位精度，降低误报率为首要目标，研究开发一套复合法检漏系统，以期提升管道泄漏监测水平，保障管道安全运行。

参考文献

[1]. 赵则祥，王延年，朱强. 长输油气管道泄漏检测方法[J].中原工学院学报，2008年10月，第19卷第5期：10页-14页

[2]. 刘金海，臧东，汪刚.基于Markov特征的油气管道泄漏检测与定位方法[J]. 仪器仪表学报，2017年4月，第38卷第4期：944页-951页

[3]. 王效东，黄坤，朱小华等. 油气管道泄漏检测技术发展现状[J].管道技术与装备，2008 年，第1期：24页-26页

[4]. 孙良，王建林，赵利强. 负压波法在液体管道上的可检测泄漏率分析.石油学报. 2010，3 1（4）：655-658.

[5]. 娄珊珊，李凌霄.输油管道泄漏监测系统的设计与应用[J]. 防护工程，2017年，第26期：21页-23页