安全输送（油气长输管线）防护技术探索

1、安全输送（油气长输管线）防护技术探索    石油天然气是易燃、易爆物质，其运输安全问题至关重要。有简要介绍油气长输管线的密闭运行及SCADA系统的基础上，详细讨论了防护油气长输管线安全可靠运行的安全防护技术、规定、措施以及设计中采用科学的安全管理方法和集预警、检测、控制、决策于一体的安全策略。        1引言        作为当今世界的五大运输方式（铁路、公路、水运、航运和管线输送）之一的

2、油气长输管线具有安全性高、能耗低、输送量大、成本低和经济效益好等优势，是输送油气产品的最佳手段。目前，油气管线已进入了高压输送时代，如我国的西气东输管线送压力为10MPa，国外最高输送压力已达15MPa。但是，油气管线在服役过程中，由于腐蚀、磨损以及意外损伤等因素，不可避免会造成管线的局部减薄、损坏甚至发生泄漏事故，轻则影响油气产品的输送、供应，重则会造成输送系统的瘫痪甚至起火、爆炸等事故。我国现有建成管线2.3万km左右，这些服役中的管线发生泄漏事故的报道屡见不鲜。如2003年9月25日，胜利油田通往齐鲁石化的一条天然气管线被施工中的一辆铲土机在铲排水沟时铲破，导致天然气溢出。时隔不久的20

3、03年10月16日，隶属北京燃气集团公司的位于大望桥东北角一街心花园的3处天然气管线由于老化腐蚀突然泄漏并起火。为保证油气管线安全运行，必须掌握管线运行过程中的固有规律，否则会造成巨大的经济损失和严重的人员伤亡。    综上所述，开展油气长输管线密闭输送安全防护技术研究确实非常重要。深入研究各种影响因素对油气长输管道线安全输送的影响，建立起具有高可信度的油气线安全输送防护技术，可作为油气长输管线安全管理和事故预防研究的基础平台，从而有效地加速技术在油气管道工程的应用进程，对我国油气长输管线设计、制造和管理等诸方面的技术水平起到促进作用。 

4、60;      2油气长输管线密闭输送安全防护技术措施        2.1油气长输管线的规划设计    油气长输管线的规划设计是保证安全运行，确定管线结构框架和制定事故预防措施的基础。管线的规划设计阶段需要进行大量的地域测量，并对地域状况作出详细描述，以避免潜在的麻烦。总体规划时，应该依照国家和地区的长期发展计划以及油气资源情况选择管线路线和直径。所选择的路线要求最经济、最安全，避开地震区、高山、大河、山谷和人口

5、密集的城镇，减少不必要的危险。管线的安全投资要进行可行性和风险评估。压力管线系统的总体设计应首先考虑如下几方面。    （1）合理选择管径和设置泵站，尽量选择适于环境的高质量钢管，考虑壁厚裕量和管线的抗压能力，减少泵站和加热站数量以减少投资。运用从泵到泵的密闭输送模式减少能耗和环境污染。    （2）按电力负荷等级采用双电源或双回路，保证电力供应安全。特殊情况要配备应急电源或内燃机发电机组。    （3）确保泵、加热炉以及其他设备的正常工作，且高效可靠地运行，应急设备和不稳定

6、系数应保存下来。    （4）应该采用可靠、先进的监控系统和安全防范措施。                    2.2安全监控系统    管道常规损坏如泄漏、管壁腐蚀、防腐层破损等监测主要基于管道外形、电学性质、声学性质、流体状态、流体性质、随管铺设泄漏敏感线等。然而，近来我国油气管网严重遭受到第三方破坏、腐蚀、设计

7、和操作等破坏。比如受到以盗窃为目的的钻孔破坏具有隐蔽性。如果盗窃油气的过程很缓慢，就不会在液体内形成明显的负压波或声波；即使出现并监测到了负压波，但巡逻员到达出事地点也为时已晚。所以，应对盗窃之前即打孔破坏阶段进行监测，防患于未然。为此，宜采用先进的安全监控系统保证油气管线长距离密闭输送的安全运行。    2.2.1中央安全监控系统的监控方式    油气管线的管理系统是一个集中分布式的监控系统，在处理中心采用集中监控，各个站点采用健在式监控。在一体化的监控和处理下，管线采用分层控制和序列控制方式。 

8、60;  （1）分层控制    一个泵站通常有三层控制：    第一层：处理中心遥控。正常运行时，整条管线系统处于中心控制之下，各个站点的控制指令不产生效用。    第二层：站控室遥控。每个站点都配备有终端控制计算机设备，泵站操作员可以通过控制台监控泵站运行。    第三层：区段控制。根据区段仪表的指示，通过按钮可控制相关冷门和设备，从而为管线维修提供方便。与此同时，处理中心和站控室的相关功能。  

9、;  设置三层控制方式主要考虑以下几下方面：    （a）中心监控方式适用于大多数情况。处理中心的快速处理可以大大提高整条管线运行过程的监控能力，以达到安全、节能和高效密闭运行的目的。这种监控方式对整条管线设备的完善性有关严格的要求。采取这种监控方式时，站控终端机器只能用于监督而不能进行控制。    （b）如果中心监控失败，站级监控就为实现管线监视和后备技术措施的基础。当SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition监控与数据采集）系统的遥控通信渠道

10、和主要设备发生故障或出现其他特殊情况时，站控终端就被置于站极控制之下，处理中心的快速处理机用电话指示操作员在相关站控终端实施必要的操作。即监控中心的控制指令不可用。    （c）区段监控方式的设置是为了方便或维修。至于泵组，每个泵都设有一组“停”一“手动”“自动”开关，选择“自动”，处理中心或者站控室用控制板控制相关泵设备。否则，泵设备不受监控系统的控制。维修时，区段控制可以有效地防护人员的安全。    （2）序列控制    为进一步提高控制的可靠性，系统采用序列控制，即如果

11、第一顺序控制失效，第二顺序就会发生作用，以此类推。    若输出压力保护应按以下顺序控制：    （a）压力控制器自动控制调节阀和节流阀；    （b）控制程序自动保护泵的关闭；    （c）高压阀自动泄压。    （d）站出口压力开关控制泵的关闭；    （e）泵出口压力开关控制泵的关闭。     

12、0;              2.2.3 安全保护措施    为保证密闭输送安全可靠运行，设计各个子系统时都制定有安全技术措施。    （1）电气保护    计算机或者仪表一旦出现故障，都有相应的技术保护。如泵入口管簇压力的超低保护，当泵入口管簇压力超低时，压力开关就关闭所有正在运行的泵设备。主发动机都采用电流差、过电流和低压保护，故障

13、警报信息会被传输到站控设备和处理中心。    （2）机械保护    泵况监控器性能要可靠，能对泵组的温度、定子和线圈的温度和振动情况，以及机械密封的泄漏情况进行监控。站控室仪表、站控设备和处理中心都能显示警报和泵的浸没信息。必须配备一套清管器自动过站系统和用于确定清管器反向时间的计算机软件。    （3）泄放保护    采用高低压泄压阀，安全而又可靠。该阀门有一套控制系统和阀门系统。密闭输送时，如果发生水击或者出入口压力过低，高低泄压阀

14、就自动打开，确保管线安全运行。多种方式保护就是指联合运用自动压力调节、泵设备逻辑控制、自动压力保护、自动通压等技术防护整条管线平稳运行的绝对安全。    （4）水击的预先保护控制    整条管线都实行水击的实时预先保护，由处理中心实施。设计时还采用了先进的水击计算软件和控制软件。管线系统中任一站点发生水击时，水击信号都会迅速传送至控制中心，控制中心通过计算机进行识别并发送保护指令给上游和下游站点以执行限流和关闭操作。    （5）附加系统的控制保护  &#

15、160; 设计时应采用可靠的仪表和电气设备组成独立系统对操作设备的附加系统进行控制保护，如控制污油池的液面高度和温度。        3油气长输管线的安全管理        （1）大多数管线泄漏事故都是由自然腐蚀引起的，因此，应该采取有效的腐蚀防护措施，并进行周期性的检修。阴极保护和牺牲阳极保护可以保证管线长时间稳定运行，其中阴极保护效果较好。但是覆盖层老化的管道实施阴极保护最为困难。按照管道所处的各种条件来考虑不同的阴极保护

16、方法，可以很好地控制腐蚀，延长管道寿命。对极极保护方案选择的必要性应着重考虑以下几点；（a）带覆盖层的钢质管道，在正常条件下，阴极保护准数应选用0.85V（相对于CSE）；（b）位于杂散电流影响区、与其他管道相连接或硫酸盐强腐蚀区的管道，应考虑另外的阴极保护准数；（c）受覆盖层剥离、杂散电流影响的管道的保护，可借助检测站与管道相连的埋地电阻（E/R）探针进行腐蚀监测；（d）在潮湿的硫酸盐化环境中的管道，阴极保护准数选用100mv的极化电位，可降低钢的腐蚀速率。    （2）以油气管道的检测技术、可靠性分析与安全评价等完整性评价新技术为基础，考虑油气管道的

17、累积损伤、工程灾害、检测维修等多种因素的影响，对管道系统在各种载荷工况下结构整个寿命周期内安全可靠性进行系统仿真研究，在复杂环境载荷作用下的安全可靠性进行预测、评估，以及对现实的管道进行实时监测与控制。利用安全监测及控制技术、管道安全可靠性智能评估技术于一体的管道数字化安全仿真技术，在安全仿真环境下对管道全寿命周期内的安全可靠性进行精确的仿真。应用GIS技术，解决管道系统的复杂环境载荷作用下的安全可靠性评估与预测的技术难点，实现结构过程的早期反馈和安全控制，形成油气管道安全运行的数字化系统。该系统是以计算机建模技术、仿真技术为基础，集智能技术和结构安全评估技术为一体的多学科组成的综合系统技术。    （3）长输管道