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输油管道泄漏报警定位系统介绍
输油管道泄漏报警定位系统综述
发布日期:2014-09-12    浏览次数:1425

一、概述

输油管道是石油石化企业的生命线,自然破损或人为破坏等会造成管线穿孔或断裂,若不能及时发现及时处理,不仅影响生产,还会导致油品漏失、污染环境等一系列不良后果,经济损失可想而知。如果采用技术手段对管线进行有效的在线实时监测,及时准确地判断泄漏发生并确定泄漏位置,则能够将损失减小到最低程度。

管道泄漏监测的方法有很多种,其中属于“水力参数监测”范畴的有管道瞬变模型法(也叫质量平衡法)、负压波法(也叫减压水击波法)、管道输量平衡法、低压监视法等。另外还有 “振动声波监测法”,“泄漏声波监测法”等。其中又以“负压波法”应用最成功。

二、KLDHY系列管道泄漏监测系统原理简介

    “负压波法”通过监测“泄漏”引起的“压力下降”来判断有无泄漏发生并进行定位,如图2-1。不难理解,某些站内操作引起的非泄漏“压力下降”必须屏蔽,否则会发生频繁的无意义报警。“输量平衡法”是靠管道两端的流量计实时监测比对进出流量,判断有无泄漏发生。北京科力达宏业科贸有限公司的KLDHY系列管道泄漏监测系统在“负压波法”的基础上引入了“管道输量平衡法”,把二者结合后,就形成了优势互补,极大地提高了泄漏监测的准确率。


2-1原理示意图

KLDHY系列管道泄漏监测系统以“负压波法”为基本方法,利用管道瞬态模型,采用压力、流量报警,压力定位。

当首末两站间输油管线某一点发生泄漏时,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,瞬时传播速度是介质粘度、密度、管道管径、弹性模量的函数。当该负压波传递到管道端点时,引起首站出站压力和末站进站压力降低以及流量变化。通过网络、3G/4G、电台等通信手段把压力和流量信号实时传输到监控计算机中,即可实现动态监测。泄漏位置不同,两个站响应的时间差也不同,根据管道长度、压力传播速度等即可准确计算出相应泄漏位置。当然,还需要根据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。

基于“负压波”原理的基本数学模型,可参照图2-2建立。


2-2 压力波传递示意图

X:为泄漏点与首端的距离;           α:为压力波传播速度;

              L:为首末两站间的距离(管长)      τ0:为首末站变送器输出信号的时间差;

 

上述公式的推导过程如下:



        上下游分别设置压力测点p1p2,当管线在X处发生泄漏时,泄漏产生的负压波即:以一定的速度α向两边传播,在tt+τ0时刻被传感器p1p2检测到,对压力信号进行相关处理,式中α为波速,Lp1p2之间的距离未发生泄漏时,相关系数Φ(τ)维持在某一值附近;当泄漏发生时,Φ(τ)将发生变化,而且当τ=τ0时,Φ(τ)将达到最大值。理论上:

        解出定位公式如下:

        式中 :X ——泄漏点距首端测压点的距离(m

               L  ——管道全长(m

               a  ——压力波在管道介质中的传播速度 (m/s


      τ0——上、下游压力传感器接收压力波的时间差( s


        由以上公式可知,要实现准确的定位,必须精确的计算压力波在管道介质中的传播速度a和上、下游压力传感器接收压力波的时间差  

    ① 压力波在管道介质中传播速度的确定

        压力波在管道内传播的速度决定于液体的弹性、液体的密度和管材的弹性:

                 

式中: a ——管内压力波的传播速度,m/s

            K ——液体的体积弹性系数,Pa

           ρ ——液体的密度,kg/m3

        E ——管材的弹性,Pa

        D ——管道的直径,m

        e ——管壁厚度,m

        C1——与管道约束条件有关的修正系数;

式中弹性系数K和密度ρ随原油的温度变化而变化,因此,必须考虑温度对负压波波速的影响,对负压波波速进行温度修正。在理论计算的基础上,结合现场反复试验,可以比较准确的确定负压波的波速。

压力波从首端到末端所需的时间τ可以通过现场试验测定,L为已知,那么压力波的传递速度a=L/τ就可以计算出来。有了这个速度,如果能准确地检测到压力波到达首端和到达末端的传递时间差,就很容易计算出泄漏点位置。当然,由于不同管线的工况参数及被输介质的理化性质有差异,压力波的传递速度受介质(原油)密度、温度、粘度等物理性质和当时输送速度影响比较大,必须做必要的修正处理。

KLDHY系列输油管道泄漏监测定位系统结构如图所示。该系统主要由数据采集预处理系统、远程通信系统、监视分析与管理系统三大部分组成。如图2-3


2-3 系统结构示意图

其优点是:所有装置都安装于站内,避免了野外施工和人为破坏,可靠性高;基本不涉及对流程等改造,便于实施;设备少造价低,管理维护方便;重点是分析管理软件。

以上是点对点的简单流程和单一通信方式下的基本结构,有多个分支的管线,具有正反输流程的管线,通信条件比较特殊或者需要多种通信方式组合的管线等,就会使系统(尤其是软件系统)变得复杂。一般情况下,必须针对每一条管线的不同特点设计不同的软硬件解决方案,以达到最佳的监控效果。

三、KLDHY系列

输油管道泄漏监测定位系统主要功能介绍

北京科力达公司自1999年开始在油田应用基于负压波或者结合了“输量平衡法”的管道泄漏监测系统,在输油生产中发挥了重要作用。我们根据用户的需求,基本确立了软件的10个主要功能,介绍如下:


1报警定位及地图显示:

当有事件发生时,系统自动弹出报警窗口,标示报警管段及报警时间,报警消音后,暂停界面的曲线,根据曲线的变化选取压力拐点进行“自动定位”或“人工定位”,定位后显示泄漏位置的公里数及在地图上标示泄漏的相对位置。下图为根据甲方提供数据绘制的地形图:


2油品界面跟踪

压力波在不同介质的传播速度是不一致的。成品油的批次输送会出现同一管道里同时存在不同密度、粘度的液体,例如常见的汽油、柴油的混输情况,这时就需要油品界面跟踪功能来确定管道里两种油品的实时位置来提高定位精度。

可通过油品界面跟踪来确定管道的油品或人工选择油品实现精确定位(在流量计和密度计比较准确前提下可推算油品界面)。

3实时数据、曲线显示功能:

当前界面实时显示压力、流量等曲线和他们的实时数据。当前界面发生数据波动时,曲线变化清晰可见,利于数据分析和判断。

4输差柱状图:

主监控界面实时统计输差,当输差突然异常时可以从输差柱状图清晰的体现出来。帮助分析当前管道液体的输送情况,有利于分析微小泄漏。

5远程调度

可根据生产和管理的要求,在网络通讯允许的任意计算机上安装远程调度软件,查看当前泄漏监测系统的运行情况,可进行相应的功能操作。

6参数设置:

设定各仪表的参数、数据通信的串行波特率、IP地址、管线长度、仪表的量程、报警阈值、报警的组合条件等。

7用户和口令管理:

可设置多个管理用户和密码设置,并有默认的超级用户名和密码,当软件的一般用户名和密码丢失时可用默认超级用户进入并修改。

8历史数据查询:

根据硬盘的容量,可对存储的任意一天的历史数据及曲线进行预览、查询,并可任意选定要查看的具体时间点,进行详细的数据查看分析。

9事件查看:

每天发生的报警事件进行记录,主要记录报警时间和引起报警的基本因素(例如:压力异常,流量异常等),并可人工添加引起报警的操作或其它原因,可以按天或时间段进行历史回查。

10曲线的放缩及数据清理:

可对实时或历史曲线进行横向和纵向的放缩,以便更清晰的查找曲线的拐点,对查询分析微小泄漏很重要。

可定期的对已有的数据进行清理。可选定清除掉某时间以前的数据。