淺談油氣輸送管道次聲波管道安全系統(tǒng)

摘要：次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)，是一套組件化的、可擴展性高的管道安全系統(tǒng)。在專有的“動態(tài)危險源辨識資源庫”的基礎上，可為用戶提供“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、杜絕同類問題再次發(fā)生”的閉環(huán)整體解決方案。次聲波油氣管道泄漏綜合監(jiān)測技術作為先進、可靠、成熟的石油天然氣管道安全監(jiān)測技術正在被廣泛的應用在各油氣管道保護系統(tǒng)中。本文詳細介紹了該次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)的技術原理、硬件架構組成、設計要求、測試方法，以及在油氣管道上系統(tǒng)建設的意義。

關鍵詞：次聲波油氣管道泄漏；綜合監(jiān)測；油氣輸送管道

引 言

隨著城市工業(yè)化進程加快，油氣管道等基礎設施建設的迅速發(fā)展，油氣輸送管道直通各城市為建設基礎設施提供重要輸送渠道，對各大城市工業(yè)發(fā)展起著決定性安全保障。管道輸送，尤其是埋地油氣管道，穿插在各城市要道和交通網(wǎng)絡中。管道中內(nèi)含輸送介質(zhì)，因此要考慮管道使用年份久遠，管道是否會發(fā)生各種泄漏甚至人為的第三方施工造成管道泄漏所引起的安全隱患。

目前國內(nèi)外管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，功能單一，僅能發(fā)現(xiàn)并告知泄漏發(fā)生位置，無法提供事前預防、現(xiàn)場事故處置救援、事后應急處置等功能。

次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)在專有的“動態(tài)危險源辨識資源庫”的基礎上，可為用戶提供“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、杜絕同類問題再次發(fā)生”的閉環(huán)整體解決方案。完整的次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)主要涵蓋以下幾個功能：（1）管道實時泄漏監(jiān)測（2）危險源識別（3）安全風險管控（4）智能巡檢（5）泄漏應急管理。

次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)應用范圍廣，受管道輸送介質(zhì)的影響小，廣泛用于液體、氣體、多相流、化學產(chǎn)品、海底管道等各種管道輸送工況。

1.次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)工作原理和組成結(jié)構

1. 1次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)主要包含管道實時泄漏監(jiān)測、危險源識別、安全風險管控、智能巡檢、泄漏應急管理等管道安全相關功能。

以系統(tǒng)中管道實時泄漏監(jiān)測、泄漏應急管理兩個功能為例。次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)主要以實現(xiàn)次聲波管道泄漏監(jiān)測、管道沿線重點部位安全風險展示、部分泄漏應急管理功能。

次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)具有靈敏度高、誤報率低、定位精度高等優(yōu)點。其工作原理是：在被監(jiān)控管段兩端安裝次聲波傳感器陣列，管道泄漏的瞬間，傳感器接收到沿管內(nèi)流體傳播的次聲波信號，通過電纜傳給現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理終端，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理終端將模擬次聲波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過時間同步、噪聲抑制、干擾抵消和模擬識別等處理，初步判斷是否為泄漏事件，通過安裝于站場的GPS天線進行時間同步。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理終端通過通訊網(wǎng)絡將泄漏事件傳輸給泄漏監(jiān)測服務器，由泄漏監(jiān)測服務器判斷是否發(fā)生了泄漏并計算泄漏位置。

管道發(fā)生泄漏報警事件時，發(fā)出聲光報警信息提示用戶，自動觸發(fā)應急響應流程。泄漏發(fā)生后，系統(tǒng)在GIS上顯示泄漏點的位置，自動觸發(fā)應急響應流程，實現(xiàn)泄漏監(jiān)測與應急指揮聯(lián)動，記錄搶險過程，并生成應急指揮報告。同時，系統(tǒng)支持泄漏事故報警模擬和應急演練。

1.2系統(tǒng)組成

次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)包括軟、硬件兩部分。

軟件部分：次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)軟件平臺，具有管道實時泄漏監(jiān)測、安全風險信息展示、應急指揮等功能。

硬件部分：由中心泄漏監(jiān)測服務器、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理終端、次聲波傳感器、GPS天線組成。

1.3系統(tǒng)功能

系統(tǒng)建成后可實現(xiàn)，在管道重點保護段及特殊地理位置點，建立安全風險信息庫。巡檢人員途經(jīng)點實時推送危險源列表，在線標注管道周邊施工作業(yè)信息，實現(xiàn)實時監(jiān)控。

能夠自動啟動應急預案，展示應急處置流程，輔助應急指揮，做到可視化、流程化管理，并記錄整個應急過程中的語音、視頻、文字記錄。平時可針對管道泄漏進行應急演練和培訓。

在泄漏發(fā)生后基于GIS地圖通過二維或三維地圖的方式顯示泄漏點及周圍的地形、地貌，救援力量，應急資源、道路路況及最佳救援路徑導航等相關救援信息，系統(tǒng)可在第一時間自動生成相應應急救援處置方案，協(xié)助提供應急指揮及救援。同時泄漏信息會第一時間推送至搶修人員的防爆手持終端上，指引相關人員快速到達現(xiàn)場，防爆手持終端可實時回傳現(xiàn)場音視頻圖像信息并接受調(diào)度中心的應急指令。

2.系統(tǒng)應用

2.1系統(tǒng)設計要求

掌握管線的基礎數(shù)據(jù)、站場工藝流程圖；

提供已建系統(tǒng)功能的技術協(xié)議及標準；

了解站場相關設計規(guī)范要求。

2.2系統(tǒng)安裝要求

現(xiàn)場設備安裝需要滿足站場相關設計規(guī)范要求。設備放置于站控室，站場提供220VAC，50Hz 的UPS 電源。通信支持有線/無限數(shù)據(jù)傳輸。

現(xiàn)場傳感器與現(xiàn)場設備間使用4-20ma信號電纜進行信號傳輸。在工藝場區(qū)電纜埋地敷設，埋深0.7米，電纜進出戶、過路與工藝管線均穿鋼管保護，電纜敷設見國標94D101-5。現(xiàn)場傳感器安裝方式同壓力變送器。其防爆等級不應低于ExdIIBT4，防護等級不應低于IP67。

3.系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試驗證可分為模擬軟件測試和現(xiàn)場泄放測試兩種。

3.1模擬軟件測試

通過中心服務器可進行模擬現(xiàn)場泄漏測試，對系統(tǒng)性能和工作狀態(tài)進行驗證。也可進行日常泄漏事故模擬和應急演練。

3.2現(xiàn)場測試

在輸送管道上，安裝不同孔徑的限流孔板，現(xiàn)場實際泄放，對系統(tǒng)性能和工作狀態(tài)進行驗證。

結(jié)論

油氣輸送管道對我國國民經(jīng)濟起著非常重要的作用，被譽為國民經(jīng)濟的動脈，國家對油氣輸送管道的依賴性逐漸提高，而管道對經(jīng)濟、環(huán)境和社會穩(wěn)定的敏感度也越來越高，油氣管道的安全問題已經(jīng)是社會公眾、政府和企業(yè)關注的焦點，政府對管道的監(jiān)管力度也逐漸加大，因此對管道運行管理的核心是“安全和經(jīng)濟”。

次聲波管道綜合監(jiān)測系統(tǒng)，從生產(chǎn)角度出發(fā)，結(jié)合SCADA系統(tǒng)、泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、FGS系統(tǒng)等建設管道安全的精細化管理平臺；實現(xiàn)以自動化生產(chǎn)為主、信息化手段為輔的多系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)合；打破各系統(tǒng)的信息孤島；結(jié)合生產(chǎn)工藝、自控系統(tǒng)，利用安全風險管控的專業(yè)知識，構建動態(tài)危險源辨識資源庫；在已建成的動態(tài)資源庫基礎上，逐步實現(xiàn)智能巡檢、管道泄漏應急管理、檢維修、搶維修作業(yè)票證管理等功能；利用信息化手段，逐步實現(xiàn)管道安全數(shù)據(jù)的可追溯性；通過基于管道泄漏監(jiān)測的安全管控系統(tǒng)的建設，利用大數(shù)據(jù)分析來實現(xiàn)企業(yè)精細化管理，為油氣輸送管道的安全運行提供了完整解決方案，實現(xiàn)管道安全風險的閉環(huán)管理，為油氣輸送管道的安全運行提供決定性的指導意義。

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作者簡介：

李東駿，科羅拉多礦業(yè)大學在讀碩士研究生，主要研究方向非常規(guī)油氣田勘探與開發(fā)、油氣集輸。