输油管道泄漏检测与定位系统升级改造

李银凯 石刚 李剑 中原油田油气储运管理处

输油管道泄漏检测与定位系统升级改造

李银凯 石刚 李剑 中原油田油气储运管理处

泄漏检测及定位系统的技术关键是解决以下两个方面的问题：一是泄漏检测报警；二是精确定位。流量输差法在泄漏检测方面，负压波法在泄漏定位方面分别具有独特优势。因此，采用由SCADA系统采集的温度、压力、流量等数据，通过输差检漏法和负压波法的耦合分析，可实现对原油管道泄漏及时发现并准确定位。系统升级改造投运以来，报警准确度都在95%以上，定位准确率达到了85%以上；对于流速大于0.18 L/s以上的漏点能够及时报警，对于流速大于0.55 L/s以上的漏点能够及时报警并准确定位，达到了预期目标。

管道；泄漏；检测；定位；升级

输油管道泄漏检测及定位系统的技术关键是解决以下两个方面的问题：一是泄漏检测报警；二是精确定位。流量输差法在泄漏检测方面，负压波法在泄漏定位方面分别具有独特优势。因此，该系统采用由SCADA系统采集的温度、压力、流量等数据，通过输差检漏法和负压波法的耦合分析，从而实现对原油管道泄漏及时发现并准确定位。

1 系统存在的不足

1.1 硬件方面

（1）一次仪表问题。系统选用的一次仪表准确度都较低，如现场流量信号采集使用的是200脉冲/转的普通发讯器，导致系统泄漏报警灵敏性以及定位准确性降低。

（2）GPS时钟定位故障。由于下位机对于卫星定位要求较高，在系统运行过程中，时常出现卫星信号较差，下位机GPS接收不到无法定位，系统无法运行而不断重启的问题。

（3）下位机参数调整较为繁琐。系统下位机采用DOS系统，当仪表参数发生变化时，需要专业人员进入DOS系统进行调试，操作繁琐。

（4）下位机散热环境差。由于系统下位机是24 h不间断运行，而且设备所处环境比较封闭，散热不好，导致设备寿命缩短，老化严重，时常出现数据采集不到的故障。

1.2 软件方面

（1）工况对系统影响较大。系统采用负压波法进行泄漏定位，无法回避下面两个问题：一是在压力波动较大的输油管线或在输送压力较小的管线中，由于泄漏产生的负压波很小，负压波传递到探测器后能量已经很低，经常会被压力波动所淹没而分辨不清或不能分辨，导致系统误报或不报的情况较多；二是正常的泵、阀、倒罐操作也会产生负压波，干扰并影响系统泄漏报警准确率，增大误报率。

（2）流量检测问题。管道在正常运行状态下，管道输入和输出量应该相等，泄漏发生时必定产生输差。但实际上，首末站瞬时流量是不平衡的，影响这一不平衡的因素来自多个方面：如由于管道本身弹性及原油物性变化等多种因素影响，首末两站流量变化有一个过渡过程；再如，由于温度对液体体积的影响，首末两站的温差会导致两端流量出现较大的差别等。

（3）数据库问题。原来的数据库存在一定的缺陷：一是CPU占用率过高，数据库运行一段时间后，因为有大量的数据要频繁读取和调用后台系统数据库，导致软件系统运行变慢或无法继续存入而出现故障；二是数据库清理困难，清理数据库不但需要频繁导入、导出数据表，而且还需要清理数据库的人员掌握SQL数据库命令，清理难度大；三是数据库变大后数据查询困难，系统运行一段时间后，随着数据量的增大，如果需要对历史数据进行查取或者调用时，电脑将长时间无响应，出现假死现象。

（4）仿真问题。系统仿真功能使用不方便，需要有数据发送程序，并断开网络，系统不再进行实时监控工作，仿真速度很慢，数据为每秒的数据，有必要设置仿真数据库。

2 系统升级改造

针对系统出现的问题，主要从硬件和软件两个方面对现有系统进行了升级改造。

2.1 硬件升级改造

（1）信号处理器升级。选用的高性能SP4.0智能信号处理器集成性强、故障点少、可靠性高，其性能如下：①使用了高性能采集卡，一个设备就可以代替原来的多块采集卡、接线板、信号处理板、隔离板、GPS授时器、毫秒同步板等设备，可完成现场信号的高速采集、滤波和降噪等预处理，并进行一定时间的存储；②处理器采用高性能的工业级主板，具有大数据量、长时间处理能力，系统运行稳定；③内嵌永久时钟GPS模块，当GPS无法定位时，系统也能够进行工作，当定位后，系统采用定位时钟进行工作，确保了分析处理数据的时间同步性；④采用TCP/IP协议传输，可以直接将数据发布到局域网上，有利于数据传输和管理。

（2）现场一次仪表升级。仪表的准确度直接影响系统的报警灵敏性、准确性和定位精度。对现场关键的一次性仪表进行了更换，脉冲发讯器由原200脉冲/转提高到1 000脉冲/转，压力变送器准确度由0.5%提高到0.75‰，提高了脉冲发讯器和压力变送器准确度。

2.2 软件升级改造

（1）软件编制开发。通过输差检漏法和负压波法的耦合，克服了上述两种方法单独使用时的弊端，从而形成一种新的管道检测、定位系统；多尺度小波变换算法的加入，提高了系统的检测速度与抗干扰能力，并使系统可检测的最小泄漏量进一步降低；同时采用先进的智能辨识算法，使系统具有在线自学习功能，提高了系统的容错性和精度。

（2）增加流量计分段系数设置功能。输入标定的分段数值，系统按照数值进行流量修正，对流量进行精细处理，每间隔一定的量，确定流量系数。对不同等级的输差量，能够进行分级判断处理，使输差更加准确、曲线更加平滑。

（3）修改数据库。把原有数据库分为参数数据库和实时监测数据库，每天对实时数据分别进行存储，即每天生成一个数据库，数据处理和数据查询速度明显加快。增设数据库清理功能，根据用户设定的保存期限，自动删除历史数据。

（4）改进仿真系统。把实时系统和仿真系统分开执行，系统实时运行时可以同时进行仿真。仿真时，只需选择被监管管线的时间段，系统调用数据库一定数据即可直接进行仿真，分析出各个异常点，给出相关的仿真信息。对于网络中断情况，下位机可待网络正常后，把网络中断过程中存储的数据发到上位机系统，自动将对这一段数据进行整体仿真处理，并以正常报警方式进行报警显示。

3 应用效果

通过对泄漏定位和微机监控系统应用数据的分析研究，结合现场出现的各种泄漏、窃油和故障等管线工况，总结出拐点定位分析法、最高和最低点定位法、关阀定位分析法等，提高了定位的准确性。系统升级改造投运以来，报警准确度都在95%以上，定位准确率达到了85%以上。对于流速大于0.18 L/s以上的漏点能够及时报警；对于流速大于0.55 L/s以上的漏点能够及时报警并准确定位，达到了预期目标。

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.026

（栏目主持 张秀丽）