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《電子測試雜志》2015年第四期
1負(fù)壓波法泄漏監(jiān)測應(yīng)用現(xiàn)狀
近年來,國內(nèi)對(duì)于負(fù)壓波法檢測長輸管道泄漏技術(shù)的研究成果已經(jīng)開始陸續(xù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。目前，負(fù)壓波法檢測法在輸油管泄漏快速診斷中已占據(jù)重要地位，它能夠迅速檢測10%~20%以上的突發(fā)性的大量泄漏。天津大學(xué)采用負(fù)壓波法進(jìn)行泄漏檢測，現(xiàn)已在勝利油田的臨盤——濟(jì)南,滄州——臨邑兩條管道上應(yīng)用。東北大學(xué)與勝利油田勝通新科技開發(fā)中心研制的流體輸送管道泄漏智能診斷與定位系統(tǒng)已應(yīng)用在勝利油田河口采油廠的義首線、孤東線等輸油管道上。
2負(fù)壓波法實(shí)現(xiàn)管道泄漏監(jiān)測的問題和改進(jìn)措施
2.1負(fù)壓波法監(jiān)測輸油管道泄漏存在的問題負(fù)壓波的優(yōu)點(diǎn)是檢測速度快、定位準(zhǔn)確、成本費(fèi)用低。但是它對(duì)微小緩慢泄露并不是很有效。此外，存在以下問題：1.負(fù)壓波受管道的摩擦系數(shù)、管壁彈性等因素的影響，其傳播速度并非常熟。2.波的時(shí)間差的計(jì)算精度尚有待提高。3．輸油管道系統(tǒng)工況復(fù)雜，正常的操作，如泵的啟停、閥門的調(diào)節(jié)等都會(huì)引起負(fù)壓波，現(xiàn)有系統(tǒng)對(duì)于這兩種情況下產(chǎn)生的負(fù)壓波還不能有效區(qū)分，經(jīng)常發(fā)生誤報(bào)。
2.2存在問題的改進(jìn)方案針對(duì)以上分析中存在的問題，采用以下方案加以改進(jìn)。1．根據(jù)油溫和油品密度，建立油溫、油品密度與負(fù)壓波波速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)負(fù)壓波波速進(jìn)行溫度和密度修正。壓力波在管道內(nèi)傳播的速度計(jì)算方法如公式2所示，這一速度決定于液體的彈性、液體的密度和管材的彈性。由式中彈性系數(shù)K和密度的關(guān)系可知，負(fù)壓波波速必須考慮到液體密度和溫度因素的影響。2．利用GPS對(duì)各輸油站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集時(shí)間進(jìn)行同步，并自動(dòng)設(shè)定同步間隔，消除累計(jì)時(shí)間誤差。GPS同步誤差不超過1μs的秒脈沖前沿對(duì)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步觸發(fā)采集，如此便可使各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)具有精確的時(shí)間起點(diǎn)。3．消除環(huán)境噪聲影響時(shí)除了采用信號(hào)尖端補(bǔ)償和小波變換法外，采用雙傳感器法對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行完全補(bǔ)償。圖2和圖3為采用雙傳感器補(bǔ)償法前后采集到的波形效果對(duì)比。4．加裝站內(nèi)啟停泵和閥門調(diào)節(jié)信號(hào)觸發(fā)裝置，啟停泵或閥門調(diào)節(jié)后一定時(shí)間段內(nèi)不進(jìn)行判別，減少誤判。針對(duì)輸油站點(diǎn)內(nèi)泵的啟停和閥門調(diào)節(jié)容易使系統(tǒng)產(chǎn)生誤判的問題，考慮到啟停泵和調(diào)節(jié)閥門大多是暫時(shí)發(fā)生的瞬時(shí)行為，可以在每次進(jìn)行操作前觸發(fā)與相應(yīng)的泵或閥門連接在一起的觸發(fā)器，信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的計(jì)算處理終端后終端在一定的時(shí)間間隔內(nèi)不進(jìn)行泄漏判斷（此時(shí)間間隔可以由操作人員通過軟件提供的接口進(jìn)行設(shè)定）。
3系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試
3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4所示：本套輸油管道泄漏監(jiān)測與定位系統(tǒng)包括管輸站點(diǎn)的信號(hào)采集終端、遠(yuǎn)程計(jì)算控制終端、GPS接收器、微波信號(hào)收發(fā)子系統(tǒng)等。其中，管輸站點(diǎn)的信號(hào)采集終端由同樣型號(hào)的兩套壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器以及信號(hào)增強(qiáng)和處理設(shè)備組成；采用負(fù)壓波法和流量監(jiān)測相結(jié)合可以同時(shí)監(jiān)測泄漏量逐漸增強(qiáng)的微小緩慢泄露；GPS接收器用于對(duì)各數(shù)據(jù)采集終端的時(shí)間進(jìn)行同步；微波信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)在采集端和計(jì)算控制中心之間的遠(yuǎn)程傳輸，使本系統(tǒng)能夠適應(yīng)偏遠(yuǎn)和地形復(fù)雜區(qū)域的應(yīng)用需求；計(jì)算控制中心負(fù)責(zé)通過對(duì)采集信號(hào)的深入處理和計(jì)算實(shí)現(xiàn)泄漏識(shí)別、漏點(diǎn)定位和維修搶險(xiǎn)指令及方案的制定和下達(dá)。
3.2系統(tǒng)調(diào)試本系統(tǒng)于2012年8月至2012年11月期間多次在長慶油田采油五廠位于陜西省定邊縣的油氣集輸生產(chǎn)一線進(jìn)行測試試驗(yàn)，測試效果良好。在馬家山東作業(yè)區(qū)羅1井區(qū)姬十一轉(zhuǎn)油站至姬二聯(lián)合站管段的輸油管道上布設(shè)此系統(tǒng)，多次人為制造泄漏點(diǎn)均可于一分鐘之內(nèi)在計(jì)算控制中心接收到首末站點(diǎn)傳輸過來的明顯負(fù)壓波信號(hào)，定位之后誤差在1%以內(nèi)，滿足管道運(yùn)行要求。在耿六十井區(qū)77-88井場至姬十二增壓站輸油管線布設(shè)此系統(tǒng)之后，多次成功監(jiān)測到不法份子盜油行為，通過事后調(diào)取井場周邊監(jiān)控錄像可以確定，事件在半分鐘之內(nèi)即成功發(fā)現(xiàn)。
3.3系統(tǒng)性能通過測試驗(yàn)證了系統(tǒng)已完全達(dá)到在設(shè)計(jì)階段確定的主要性能指標(biāo)：(1)泄漏檢測靈敏度：大于總流量1%—4％的泄漏可報(bào)警；(2)報(bào)警反應(yīng)時(shí)間：小于100秒；(3)漏點(diǎn)定位誤差：管道站間長度的1.5％；（4）無中繼設(shè)備下無線擴(kuò)頻信號(hào)的傳輸距離大于5公里。
4結(jié)論
本系統(tǒng)采用負(fù)壓波與流量相結(jié)合的方法，可有效、準(zhǔn)確、可靠地監(jiān)測輸油管道的突發(fā)和緩慢泄漏；依靠微波擴(kuò)頻技術(shù)的油田局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸更加適應(yīng)我國西北地區(qū)難以架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)地區(qū)的生產(chǎn)需求；采用GPS可以更加精確地對(duì)數(shù)據(jù)采集時(shí)間進(jìn)行同步，提高檢測和定位精度；雙壓力傳感器法可有效實(shí)現(xiàn)監(jiān)測管道背景噪聲的補(bǔ)償；啟停泵和閥門調(diào)節(jié)信號(hào)觸發(fā)裝置的引入有效減少了人為操作造成的系統(tǒng)誤判。該檢測方法具有很好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。
作者：王豐飛張慶華方俊單位：西安長慶科技工程有限責(zé)任公司