提高塘燕復(fù)線管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位準(zhǔn)確性

提高塘燕復(fù)線管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位準(zhǔn)確性管道輸送具有成本低廉、運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定、節(jié)省能源和安全性高等特點(diǎn)，在油氣運(yùn)輸領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。腐蝕、焊縫缺陷、打孔盜油等因素而引起的管道泄漏不僅影響了管輸?shù)陌踩\(yùn)行，而且還對(duì)人身及環(huán)境造成巨大的威脅?；诂F(xiàn)代控制理論、信號(hào)處理的負(fù)壓波檢測(cè)法在管道泄漏檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。這種檢測(cè)法不僅不用設(shè)置流量計(jì)，使用設(shè)備少，工作量小，價(jià)錢便宜，而且檢測(cè)速度快（能在60s內(nèi)指示出泄漏的發(fā)生）,定位精度較高，靈敏度也較高。負(fù)壓波檢測(cè)的原理是：在管道泄漏發(fā)生后，管道泄漏處立即因流體物質(zhì)的損失而引起局部流體密度減小，從而導(dǎo)致瞬時(shí)壓降和速度差，這個(gè)瞬時(shí)的壓降作用在流體介質(zhì)上，就形成一個(gè)負(fù)壓波，其通過管道和介質(zhì)向泄漏點(diǎn)上下游以聲速傳播。設(shè)置在管道兩端的壓力傳感器檢測(cè)到壓力波信號(hào)，根據(jù)信號(hào)變化程度以及變化的時(shí)間差，利用信號(hào)相關(guān)處理方法就可以進(jìn)行泄漏判定及泄漏定位。負(fù)壓波檢測(cè)法具有較強(qiáng)的抗干擾能力和低廉的設(shè)備費(fèi)用，但是具有較高的誤報(bào)警率。本文主要探討和驗(yàn)證了提高檢測(cè)頻率、建立單獨(dú)通信通道以及縮短檢測(cè)距離對(duì)于提高負(fù)壓波法的定位精度和降低誤報(bào)警率的效果。中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司塘燕復(fù)線由首站塘沽油庫，經(jīng)海河閥室、天津站、陳臺(tái)子閥室、廊坊站，到達(dá)燕山末站（圖1）。塘燕復(fù)線打孔盜油現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，瘋狂的盜油使企業(yè)蒙受嚴(yán)重的資源損失，現(xiàn)場(chǎng)跑油事故造成環(huán)境污染，搶修、賠償加劇了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)2011年天津處管線盜油點(diǎn)統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬，塘燕復(fù)線2011年1?10月份發(fā)現(xiàn)的12個(gè)盜油點(diǎn)全部集中在天津站至廊坊站之間的管線內(nèi)。從系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)記錄可以看出，手動(dòng)定位與實(shí)際盜油點(diǎn)的偏差大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，最大定位誤差為5.5km，平均定位誤差為3.61km，給外管線的反打孔盜油工作增加了難度。圖1：塘燕復(fù)線流程圖由于管道存在摩阻損失，泄漏引起的負(fù)壓波在向上下游傳輸過程中逐漸衰減，并且衰減隨管道長(zhǎng)度的增加而增大。如圖2所示，當(dāng)泄漏發(fā)生在靠近中間的位置（J）時(shí)，負(fù)壓波衰減較小，管道兩端可檢測(cè)泄漏率最小。當(dāng)泄漏發(fā)生在兩端時(shí)（M、N），負(fù)壓波衰減較大，只能檢測(cè)到較大的泄漏。為保證所發(fā)生的泄漏在管道兩端都可檢測(cè)，則管道上的可檢測(cè)泄漏率應(yīng)為圖中的實(shí)線部分。圖2管道兩端可檢測(cè)的泄漏率與泄漏位置的關(guān)系曲線通過調(diào)取2011年數(shù)據(jù)，我們繪制出系統(tǒng)誤差與出站距離關(guān)系的散布圖，如下圖所示，泄漏點(diǎn)主要集中在天津站出站57?76km內(nèi)，當(dāng)泄漏點(diǎn)在57km附近時(shí)，絕對(duì)誤差較??；當(dāng)泄漏點(diǎn)靠近76km時(shí)，誤差明顯增大。說明泄漏點(diǎn)遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，由于負(fù)壓波衰減嚴(yán)重導(dǎo)致系統(tǒng)誤差較大。系統(tǒng)使用的壓力數(shù)據(jù)首先由壓力變送器收集，經(jīng)SCADA系統(tǒng)后，將數(shù)據(jù)打包供泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用，由于兩個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)需要通過OPC協(xié)議交換數(shù)據(jù)，存在響應(yīng)時(shí)間的差距，導(dǎo)致泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率較低。1鐘內(nèi)系統(tǒng)平均只采集約30?60個(gè)數(shù)據(jù)，而負(fù)壓波在油品中的傳播速率約為1km/s，也就是說，這一秒鐘的基本誤差為1km，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的定位精度產(chǎn)生很大影響。由此可見，SCADA系統(tǒng)無法滿足泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集頻率的需要。

3、實(shí)施過程1：建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)讀取通道通過在天津站PLC機(jī)房增加帶有信號(hào)調(diào)理器的母版和帶有數(shù)據(jù)采集卡的Dell工作站1臺(tái)；在中控室增加裝有LABVIEW專業(yè)版軟件及其子軟件（數(shù)據(jù)接收模塊；數(shù)據(jù)保存及管理模塊；壓力流量數(shù)據(jù)顯示模塊；泄漏判斷報(bào)警模塊；流量補(bǔ)償及校核模塊；泄漏點(diǎn)自動(dòng)定位模塊；泄漏點(diǎn)定位模塊；泄漏定位數(shù)據(jù)回傳模塊；歷史數(shù)據(jù)分析模塊；報(bào)警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊；參數(shù)設(shè)置模塊）的站控泄漏監(jiān)測(cè)HP工作站1臺(tái)。圖3a調(diào)理器母版bDell工作站cHP工作站驗(yàn)證結(jié)果：對(duì)比新老系統(tǒng)在同一時(shí)間點(diǎn)5秒內(nèi)的天津站出站和廊坊進(jìn)站壓力趨勢(shì)圖（圖4），老系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取頻率低，5秒內(nèi)共讀取4個(gè)數(shù)據(jù)，讀取頻率約為1Hz；而新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取頻率較高，5秒內(nèi)共讀取了94?100個(gè)數(shù)據(jù)，讀取頻率達(dá)到了目標(biāo)值20Hz,基本解決了數(shù)據(jù)讀取方式不合理這一要因。管段選擇羅段選擇；大港-廊坊而成年月力日起始時(shí)間如時(shí)持續(xù)時(shí)間如小時(shí)大港-廊坊2012年1月日管段選擇羅段選擇；大港-廊坊而成年月力日起始時(shí)間如時(shí)持續(xù)時(shí)間如小時(shí)大港-廊坊2012年1月日起始時(shí)間"時(shí)持續(xù)時(shí)間新大港出站大港出站3.691-3.690-3.676-3.6803.6793.6783.677-「岬中曲1廊坊進(jìn)站圖4：新老系統(tǒng)5秒內(nèi)的壓力趨勢(shì)圖2：在陳臺(tái)子閥室添加新的監(jiān)測(cè)點(diǎn)首先在陳臺(tái)子閥室添加帶有信號(hào)調(diào)理板的母版、工作站以及數(shù)據(jù)采集卡等，然后將采集到的數(shù)據(jù)通過光纖傳到天津站，最后通過交換機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)網(wǎng)，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)IP地址實(shí)現(xiàn)中心站（天津站）對(duì)子站（陳臺(tái)子）的通訊。驗(yàn)證結(jié)果：2012年3月16日在天津站至廊坊站68km處發(fā)現(xiàn)盜油閥門，通過在中控室調(diào)取掉壓數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)2012年03月16日1:00到3:00內(nèi)發(fā)生了兩次壓力下降。對(duì)比新老系統(tǒng)的壓力趨勢(shì)圖（圖14和圖15），老系統(tǒng)以天津站和廊坊站為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，天津站出站的壓降為0.030MPa，而新系統(tǒng)新加入陳臺(tái)子監(jiān)測(cè)點(diǎn)，陳臺(tái)子出站的壓降為0.076MPa，所監(jiān)測(cè)負(fù)壓波的強(qiáng)度增加了50%以上。說明陳臺(tái)子監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加入通過縮短監(jiān)測(cè)點(diǎn)的間距，有效減小了負(fù)壓波的衰減，使所監(jiān)測(cè)的負(fù)壓波強(qiáng)度增大了50%。圖14：老系統(tǒng)壓力趨勢(shì)圖圖15：新系統(tǒng)壓力趨勢(shì)圖1、效果（對(duì)比試驗(yàn)）通過統(tǒng)計(jì)2012年3?9月份系統(tǒng)的絕對(duì)誤差