负压波法泄漏监测系统的应用

宋斌（中国石油化工股份有限公司，天津 300270）

2013年“11.22”中石化黄岛输油管线爆燃事故，损失巨大，教训惨痛，对我国油品长输管线的管理敲响了警钟，更对管线监测系统提出了更高、更迫切的要求。目前随着国家经济的迅猛发展，成品油的管道输送已成为销售及运输的重要方式之一，成为企业效益增长的重要影响因素。其具有运输量大、运费低、能耗少、损耗率低、投资少等优点。在管道运行过程中，由于腐蚀穿孔引起的泄漏时有发生。近年来不法分子打孔盗油事件成为成品油管道安全运行的最大隐患。成品油属于易燃危险品，管道一旦发生泄漏事故，会造成管道停输、油品损失、效益流失、污染周边环境、甚至人民生命财产安全等严重后果。泄漏监测不仅成为管道安全生产的重要工作内容，也是管道正常运行不可缺少的保障。为确保成品油管道的安全运行，结合某成品油输送管道的建成及投用，开展了管道泄漏监测系统的研究。

1 管道泄漏监测方法

1.1 成品油泄漏方式

成品油管道常见泄漏方式有两种，一是小孔泄漏，即较小孔洞长时间持续泄漏，按照流速大小又可以分为大、中、小型泄漏，例如在成品油管道上打孔盗油；二是大面积泄漏，即较大孔洞在短时间内泄漏出大量物料，例如整条管道折断。

1.2 泄漏监测方法

随着管道技术的提高，管道泄漏监测技术也在不断发展。根据不同的监测原理，将管道泄漏监测技术大体分为以下几种：流量、压力、化学、声学、统计、光学、模型的监测方法。管道泄漏监测技术关键解决两方面的问题：一是管道泄漏报警，二是泄漏点精确定位。近几年，以负压波法为基础的管道监测系统在国内得到广泛应用。本次管道建设期间即采用了负压波法监测泄漏的定位报警系统。

1.3 负压波法的压力定位原理

负压力波法是利用管道瞬态模型，当首末两站间输油管段内某一点发生泄漏时，泄漏点压力突然降低，根据流体力学的理论，泄漏点就会产生一个负的压力变化，我们称这个负的压力变化叫负压波。负压波通过介质按一定规律向两端传播，当该负压波传播到管道端点时，引起首站出站压力和末站进站压力降低，并分别被设在两端的压力变送器捕获。随泄漏位置的不同，响应的时间差也不同。根据响应时间差、管道长度、压力传播速度即可计算出相应泄漏位置。对由于因管线的工况参数及被输介质的理化性质和温度衰减等引起压力波的传递速度及衰减速度变化进行必要的补偿和修正即可实现泄漏报警及定位。

如图1所示。

1.4 负压力波法的流量变化规律

当首末两站间输油管段内某一点发生泄漏时，泄漏点压力突然降低，所产生的负压力波将沿管道向两端传播，当该负压波传播到管道端点时，引起首站出站压力和末站进站压力降低的同时，引起首站出站流量的上升和末站进站流量的降低。流量的上升和下降与压力的变化几乎是同时的，因此也可以用流量来定位。但是由于流量变化反应时间长、受流量测量精度限制，不能对泄漏点进行精确定位，所以常用来报警或辅助定位。

1.5 报警原理

表一 各种工况参数变化对照表

根据流体力学的理论，管道发生泄漏，首站压力下降、流量上升，末站压力下降、流量下降。上述四大特征同时出现说明管道发生了泄漏。

为了减少误报警，首站压力下降、流量上升；末站压力下降、流量下降要达到一定的设定值系统才报警。

报警有两种方式，一种是逻辑报警。首站压力、流量；末站压力、流量组成。另一种是强制报警由输差决定。

强制报警是指压力没有明显变化而输量对不上即：首站流量一定时间内大于末站流量产生“输差”，当“输差”达到一定值时系统报警。这种报警一般是提醒值班人员注意。

2 管道泄漏监测报警定位系统的结构

泄漏报警定位系统主要有数据采集分析系统、数据通信系统、中央数据监视处理系统三大部分组成，完成分路采集，集中监控的目的。

其结构如图2所示：

图2 管道泄漏监测报警系统结构

3 主要技术指标及特点

3.1 管道泄漏监测报警定位系统达到的技术指标

（1）监测管道长度小于100Km。

（2）定位误差小于管道长度的0.5%。

（4）系统反应时间小于120s。

（5）系统测漏精度不小于瞬时流量的1.5%。

（6）系统要求管道最低压力0.1MPa。

3.2 特点

（1）可在管线停输的情况下监测泄漏。

（2）具有良好的监测界面，可在电子地图上显示泄漏点位置。

（3）可以长期保存历史监测界面，方便查看历史曲线。

（4）记录事件，可以通过查看事件进行历史记录查询。

4 管道泄漏监测系统的实际应用及效果

图3 为长输线停输过程中遭到打孔首末站压力曲线变化图形。

图3

图4 为长输线在输送过程中遭盗油首末站压力、流量曲线变化图形。

图4（a）

图4（b）

由图3、4可以看出，2次泄漏都产生了明显的负压波，且流量变化明显，利用压力曲线拐点进行泄漏点定位，定位精度在1%以内，保证了管道安全运行。

5 结语

利用负压波法泄漏监测技术开发的管道泄漏监测报警定位系统，具有所需设备少、投资费用低等特点。系统在长输线投用结果表明，此监测系统具有反应灵敏度高、定位准确、曲线直观等特点，满足了日常泄漏监测的生产要求。

采用泄漏监测系统对成品油长输线进行实时监控，及时发现影响管道安全运行的隐患，有力地打击盗油分子的嚣张气焰，避免重大安全及环境污染事故的发生，为管道的安全运行提供了保证，减少了企业效益流失，有广阔的应用前景及推广价值。

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