自動(dòng)化儀表在油氣管道泄漏檢測(cè)中的實(shí)踐

閆龍 趙江會(huì)(.中油國(guó)際管道公司，北京 00000； .廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動(dòng)化工程有限公司，河北 廊坊 065000)

1 關(guān)于油氣管道泄漏問(wèn)題的檢測(cè)以及定位原理簡(jiǎn)析

油氣管道在正常運(yùn)行狀態(tài)中若出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，那么在泄漏點(diǎn)上便會(huì)出現(xiàn)物質(zhì)流失，也因此管道內(nèi)物質(zhì)密度會(huì)下降、壓力隨之降低，在泄漏點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生壓力差，導(dǎo)致高壓油氣急速流向低壓區(qū)。在泄漏點(diǎn)上油氣流向會(huì)出現(xiàn)向上與向下擴(kuò)散現(xiàn)象，在水力學(xué)上被稱作“負(fù)壓波”。因油氣管道自身具有的波導(dǎo)作用，負(fù)壓波在傳播時(shí)其衰減情況較少，因此負(fù)壓波通常能夠傳播較遠(yuǎn)的距離。

通常情況，油氣管道的壓力信號(hào)采集設(shè)備會(huì)安裝在管道的兩側(cè)，在油氣管道正常運(yùn)行時(shí)，采集設(shè)備收集的信息會(huì)直接反饋到PLC 與上位機(jī)設(shè)備上并以數(shù)據(jù)的形式展現(xiàn)出來(lái)，如此檢測(cè)員便能夠通過(guò)儀表上顯示的壓力差、負(fù)壓波數(shù)據(jù)結(jié)合相應(yīng)的分析法實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)位置與泄漏程度的精準(zhǔn)掌握。

2 關(guān)于自動(dòng)化儀表在油氣管道泄漏檢測(cè)中的實(shí)踐探討

2.1 自動(dòng)化儀表在油氣管道泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用

管道檢測(cè)員使用自動(dòng)化儀表實(shí)施管道泄露現(xiàn)象與泄露位置的檢測(cè)操作時(shí)，通常以泄露判斷與泄露定位為主要操作流程，其操作過(guò)程中主要以模式識(shí)別、信號(hào)處理、模型計(jì)算等為主要方法開展。

模式識(shí)別法主要是通過(guò)對(duì)負(fù)壓波的識(shí)別進(jìn)行判斷，運(yùn)用不同類型的基元與不同類型的負(fù)壓波進(jìn)行匹配形成有效的波形結(jié)構(gòu)。將已獲得的波形結(jié)構(gòu)與統(tǒng)一的負(fù)壓波形結(jié)構(gòu)模型庫(kù)進(jìn)行展開對(duì)比，通過(guò)兩者差異的識(shí)別判斷油氣管道是否存在泄漏現(xiàn)象。此種方法對(duì)比識(shí)別與波形匹配是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，出現(xiàn)疏漏就會(huì)造成誤判。

信號(hào)處理法主要是運(yùn)用自動(dòng)化儀表對(duì)油氣管道內(nèi)油氣流量與壓力變化進(jìn)行采集并與經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行比對(duì)獲知差異，通過(guò)對(duì)差異的分析判斷油氣管道是否出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。此種方法需要獲得的信號(hào)具有較強(qiáng)的真實(shí)性與可靠性，另外還需要相關(guān)人員對(duì)儀表所采集的油氣流量與壓力變化信號(hào)做降噪處理。

模型計(jì)算法主要是利用油氣管道兩側(cè)的壓力信號(hào)進(jìn)行函數(shù)G(x)的計(jì)算，若屬于常數(shù)則未出現(xiàn)泄漏，若函數(shù)G(x)發(fā)生改變并達(dá)到了規(guī)定大小則可判斷為發(fā)生管道泄漏現(xiàn)象。

通過(guò)以上方法確定管道發(fā)生泄露后，管道檢測(cè)員還要對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，可采取時(shí)差、計(jì)算、流體力學(xué)來(lái)進(jìn)行判斷。其中時(shí)差法時(shí)日常泄漏點(diǎn)判斷的常用手段，主要依據(jù)負(fù)壓波的定位公式，需要先對(duì)油氣管道的長(zhǎng)度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，再調(diào)用經(jīng)驗(yàn)值與泄露速度進(jìn)行泄露點(diǎn)的判定。在這一判定的操作過(guò)程中，時(shí)差的測(cè)定是其主要環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確性直接關(guān)乎著測(cè)量結(jié)果，時(shí)差的測(cè)定需從泄露開始時(shí)算起直至負(fù)壓波抵達(dá)管道兩側(cè)壓力收集器為止，另外需要將管道內(nèi)的壓力設(shè)定在一定的閥值范圍，若管道兩側(cè)壓力值不在閥值范圍內(nèi)則可斷定管道內(nèi)壓力出現(xiàn)異常，隨后進(jìn)行計(jì)算時(shí)差。

2.2 自動(dòng)化儀表應(yīng)用于油氣管道泄漏檢測(cè)中的突出問(wèn)題

在使用自動(dòng)化儀表對(duì)泄漏現(xiàn)象進(jìn)行判斷時(shí)，還有其他管道問(wèn)題會(huì)造成自動(dòng)化儀表產(chǎn)生變化，如停泵、閥門閉合、倒灌等日常油氣管道運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的操作，這些日常操作都會(huì)給自動(dòng)化儀表進(jìn)行錯(cuò)誤判斷引發(fā)報(bào)警。因此如何判別泄漏還是日常操作造成的自動(dòng)化儀表報(bào)警便是提升自動(dòng)化儀表檢測(cè)靈活性、準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素之一；另外自動(dòng)化儀表雖然具有檢測(cè)精確度與速度快的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于慢性泄漏或輕微泄漏的檢測(cè)還是缺乏靈敏度，因此還需要結(jié)合其他方法對(duì)其缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)。

泄漏定位方面，負(fù)壓波判斷泄漏點(diǎn)時(shí)其準(zhǔn)確性的主要影響因素有：油氣流速、負(fù)壓波傳播過(guò)程中的速度誤差、管道兩側(cè)壓力采集器收到負(fù)壓波時(shí)的時(shí)間差、壓力降低幅度、壓力信號(hào)采集時(shí)間等。依據(jù)已知研究可知油氣流速與負(fù)壓波傳播速度具有較大差距因此影響較??；負(fù)壓波定位的精確性與管長(zhǎng)與泄露位置有關(guān)，泄露點(diǎn)位于管道中央位置區(qū)域時(shí)則精準(zhǔn)性較高；壓力降低幅度、壓力信號(hào)采集時(shí)間都會(huì)造成時(shí)間差，因此應(yīng)作為重要影響因素看待。

2.3 自動(dòng)化儀表在油氣管道泄漏檢測(cè)中的改進(jìn)和驗(yàn)證

2.3.1 改進(jìn)

自動(dòng)化儀表對(duì)油氣管道泄漏的檢測(cè)具有響應(yīng)速度快、精度高的優(yōu)勢(shì)，但會(huì)因?yàn)楣艿啦馁|(zhì)與環(huán)境而出現(xiàn)誤判現(xiàn)象，針對(duì)環(huán)境變化對(duì)自動(dòng)化儀表的影響可以采用流量平衡法對(duì)其警報(bào)的誤判進(jìn)行解決。其主要原理是依據(jù)密閉管道油氣輸入與輸出量相等的關(guān)系，實(shí)際上管道進(jìn)出口會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬間差值，當(dāng)管道處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)差值較小，若管道出現(xiàn)泄漏則差值會(huì)逐漸增大，據(jù)此可以設(shè)置一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值來(lái)對(duì)油氣管道的泄漏進(jìn)行判斷。

2.3.2 仿真驗(yàn)證

對(duì)自動(dòng)化儀表的油氣管道測(cè)漏能力進(jìn)行仿真驗(yàn)證，在某石油管道公司獲取到中壓管線數(shù)據(jù)，如油氣管道長(zhǎng)度、管道直徑、輸氣壓力、輸氣量。模擬管道某一處發(fā)生泄漏，通過(guò)此改進(jìn)方案進(jìn)行10 到20 次的不同油氣泄漏量檢測(cè)，自動(dòng)化儀表都能準(zhǔn)確進(jìn)行報(bào)警與定位。通過(guò)仿真驗(yàn)證證明了流量平衡原理與自動(dòng)化儀表技術(shù)融合對(duì)壓力較小與慢性泄漏檢測(cè)的可行性與突出效果。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，伴隨科技的發(fā)展與進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)在多領(lǐng)域中大放異彩，油氣管道檢漏工作一直是一大難題，自動(dòng)化儀表的使用大大減緩了這一壓力，為了提升日常工作中油氣管道的安全性，其檢漏技術(shù)的準(zhǔn)確性、快速性、靈活、靈敏性是關(guān)鍵，自動(dòng)化儀表大大滿足了這一需求實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)員對(duì)油氣管道運(yùn)行安全性的掌控，有效的提升了工作效率。