油气管道泄漏监测系统

1、油气管道泄漏监测系统在胜利油田油气集输总厂的研究与应用经验常贵宁 赵鹏胜利油田油气集输总厂（中石化油气管道科技防范技术研讨会 2011.3.18 中石化总部）摘要：胜利油田油气集输总厂管理有3条输油管道（为孤罗东、孤永东和东辛线）和一条长距离输气管道（埕岛站-孤岛压气站-东营压气站-临淄末站）。输油管道检漏系统于2000年开始研究，2002年全部投入运行，至今一直长周期运行，在生产中发挥了重要的、不可替代的作用，减少了管道被盗次数和泄漏损失。在8年多的研究与推广应用过程中，解决了系统运行中出现的多项问题，如误报多、灵敏度低、小流量泄漏不报警等，也走了一些弯路，如超声波流量计废弃、次声波检漏系统

2、试验失败等。输气管道泄漏监测技术研究尚在研究试验之中。关键词：输油管道 输气管道 泄漏监测 检漏系统胜利油田油气集输总厂管理有3条输油管道，孤罗东输油管道为孤岛首站集贤站东营原油库，两段管道分别长42公里、32公里；孤永东输油管道为孤岛首站永安站东营原油库，两段管道分别长32公里；东辛线输油管道为东营原油库二号站三号站四号站101油库，全长75公里。3条管道年输送原油4000万吨。孤罗东、孤永东输油管道检漏系统2001年投入运行，东辛线输油管道检漏系统自2002年7月开始投入运行，至今一直长周期运行，在生产中发挥了重要的、不可替代的作用，减少了被盗次数和泄漏损失。在8年多的研究与推广应用过程中

3、，解决了系统运行中出现的多项问题，也走了一些弯路。集输总厂有长距离输气管道一条，埕岛站-孤岛压气站-东营压气站-临淄末站，全长166公里。目前总厂输气管道上装有两套系统，一套是清华大学系统装在庐山路配气站-东城配气站管道（长5公里）上，另一套是科创三思系统装在埕岛站-孤岛压气站管道（长37公里）上，没有效果。1 输油管道检漏系统介绍在2000年研究初期，3套检漏系统均采用“负压波”技术原理进行泄漏监测和定位，后期增加流量计进行输差分析对比。系统硬件采用“工控机采集卡”模式，采集管道进出两端的压力、温度、流量数据，压力、温度模拟信号采用研华PCL818LS，流量脉冲信号采用研华ADAM4080计

4、数模块，系统硬件使用至今，运行稳定可靠。通过负压波和输差两种方法的综合利用，提高了灵敏度，最大限度地减少了误报。2 出现问题2.1 误报问题总厂检漏系统在2001年2002年应用初期，系统存在“误报多、故障率高”等问题，严重影响了使用效果，误喊“狼来了”多的后果就是严重降低了用户的信任程度，使生产管理人员出现怀疑、排斥的态度。针对系统自动误报多问题，自主开发了历史数据分析定位软件，并配置了专职数据分析员，当系统自动报警后，监控人员把检漏系统采集的历史数据调出来进行二次分析定位，从而大量排除了误报。2.2 小流量偷油报警问题管道在建设时中间站都没有流量计，检漏系统只是靠压力波来检漏，实践中发现存

5、在只能检测较大的泄漏（瞬时泄漏量大于管道瞬时输量1%），而且由于定位误差，难以分清距离站很近（1公里以内）的泄漏或站内操作。2004年、2005年，在两座中间站的进出站都安装了容积式流量计，使用效果非常好，使检漏灵敏度大大提高，能够检测出瞬时流量为管道输量0.2%的一些小量盗油和穿孔渗漏。在根据两端瞬时流量差检漏时，流量计的重复性的高低决定了检漏的灵敏度。为减小流量计的误差，一是采用高精度的流量计，二是采取措施提高流量计的检定精度。英国ATOMS公司的张君博士曾指出：“检测到比仪表误差更小的泄漏是可能的”，她在现场试验中曾用准确度1%的流量计检测到瞬时泄漏量为0.5%总流量的泄漏。当然，对于靠

6、脉冲计数的流量计而言，这还与累积时间有关，累积时间越长，灵敏度越高。2.3 小流量偷油定位问题依靠瞬时流量对比的办法不能定位，即小流量（瞬时流量1%）泄漏时，压力传感器没有反应而使系统不能定位。此时，我们可以依靠上下游流量的变化趋势来判断泄漏点在管道上的位置。根据经验，泄漏发生后，上游流量增大或不变，下游流量肯定减少。如果泄漏点在管道中后段，上游流量不发生变化，只下游流量减少。一旦上游流量趋势上升，则说明泄漏点距离上游较近。3 几点教训3.1 超声波流量计报废为了提高泄漏监测的可靠性，2002年，首先在永安站进站安装了一台美国康创超声波流量计，它是一种外夹式传感器，不用动火，安装方便，但是实践

7、效果很差，采集的瞬时流量波动很大，甚至超过了10%，使其瞬时流量数据失去对比意义。3.2 音波测漏系统的试用与失败为了解决小流量泄漏的定位问题，2006年，又引进了所谓“音波测漏系统”，并进行了放油试验，但是使用效果不理想。试验及后期应用证明，它只适合检测较大（瞬时泄漏量大于管道瞬时输量5%）的突发性泄漏，定位误差跟压力波法相当，没有实用价值，现已废弃。4、输气管道检漏系统研究与试验从2008年开始，先后参与了清华大学国家八六三项目现场试验、胜利设计院与科创三思现场试验。清华大学在现场进行了压力变送器、音波传感器两类多种传感器，对比的结论是：压力变送器不适用于输气管道，计量院的音波传感器效果更

8、好点，但是不稳定。清华系统采用的是计量院的音波传感器，实际效果有待进一步验证，有误报警。对于科创三思次声波的技术及其系统不做评论，没有具体试验数据，数据直接传到厂家，系统在运行时从未报过警。如埕岛站-孤岛压气站输气管道在2011年1月23日，打掉一个日气量损失约6000立方米的盗气点，系统未报警。图1 盗气现场5 对音波测漏技术的认识通过检测泄漏时产生的泄漏声来测漏的方法由来已久，听漏法最早在城市自来水管道上得到应用，有听漏仪、相关仪等仪器，主要用于现场查找泄漏点。听漏仪是由人工携带用于在地面上听取泄漏声人工识别查找泄漏点。为了减少外界噪声的干扰，提高效果，检漏工需要在凌晨夜深人静以后出动。自

9、来水管道漏水的特征是：连续、宽频、非平稳起伏性声源，需要有经验的工人判断，难以实现电脑自动智能识别。相关仪则需要将两只传感器相隔一定距离外贴在管壁上，检测通过管壁传播的泄漏声，检测距离一般在500米以内，不适用于长输管道。音波测漏系统在国内输油管道上已经应用数十套，据作者实地考察过的3套系统都不成功，已经被淘汰替换为负压波测漏系统。胜利油田油气集输总厂于2005年在孤岛首站永安站输油管道上与负压波测漏系统同时进行放油试验，结果表明，该系统灵敏度低于负压波系统一个数量级，约管道瞬时输量的5%10%左右，而负压波系统可以达到管道瞬时输量的1%左右。美国ASI公司开发的WaveAlert音波管道泄漏

10、检测系统，推广20多年来，在美国、澳大利亚和我国台湾地区等国家和地区的20多条管道工程上应用，相比基于负压波的测漏系统来说，应用较少。我国台湾ABB长生电厂一条天然气管道上于1998年安装了该系统。该系统在我国大陆仅在西气东输江苏镇江上海段400公里管线上进行了试验，但并没有继续进行推广，随后建设的川气东送管道工程也没有应用，其实用效果有待于进一步实践检验。泄漏产生的声波并没有特征频谱。泄漏声是一个复杂的宽频声源，从次声到超声都有。泄漏声波的频谱跟泄漏介质、泄漏点管道外环境、压差大小、泄漏孔的大小及其形状等都有密切的关系，有的窄缝气体泄漏会产生强烈刺耳的泄漏声，而有的巨大的泄漏反而没有强烈的声

11、波。根据我们多年从事长输管道泄漏监测专业的经验教训，音波测漏系统与负压波系统有类似之处，具有反应快、能定位的优点，缺点就是传播距离短，受环境噪声干扰大，存在误报和漏报问题。该方法在输油管道不具有应用前景，在输气管道和低粘度液体（如水）管道具有一定的应用前景，但是也不能单独使用，它必须跟质量/体积平衡法、模型仿真法相结合，才能减少误报和漏报，才能真正在实用中发挥作用。6 结论6.1 对于输油管道，“压力波流量”实时对比分析的检漏技术是目前最成熟可靠的泄漏监测定位方法，音波法及次声波在输油管道没有应用前景。6.2 对于输气管道，“次声波+流量+仿真模型”三种方法相结合的检漏方法，具有应用前景。6.

12、3 流量信号在泄漏监测中有着重要的作用流量数据分瞬时流量和累计流量。瞬时流量的实时对比分析报警以及累计流量的输差对比，可以提高系统灵敏度、减少误报。输油流量计有很多种，这里推荐两种：容积式流量计和质量流量计。最常用的是容积式流量计，如腰轮流量计、刮板流量计，其次是质量流量计。6.4 检漏系统应该独立于SCADA系统鉴于检漏系统对于保障管道正常安全运行的重要性，以及在仪表选型等方面各有侧重，检漏系统应该独立于SCADA系统，压力传感器、控制器、电源等都应单独设计，温度传感器可与SCADA系统并采，用模拟量“一分二”隔离模块（如隔离式安全栅EX8035），流量计发讯器则可使用数字量“一分二”隔离模块EX3053。6.5 强调“人机协作”的重要性我们提出“人机协作”的概念，即提倡有专职人员监控分析数据。由于目前泄漏监测系统都是基于监测工艺参数分析判断出泄漏发生的，数据采集的误差不可避免，希望靠电脑软件完全自动报警是不现实的，也是不必要的。软件的智能分析永远跟人脑之间存在差距，软件自动报警的灵敏度设置跟灵敏