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《電子測試雜志》2015年第四期

1負壓波法泄漏監測應用現狀

近年來,國內對于負壓波法檢測長輸管道泄漏技術的研究成果已經開始陸續應用到實際生產中。目前，負壓波法檢測法在輸油管泄漏快速診斷中已占據重要地位，它能夠迅速檢測10%~20%以上的突發性的大量泄漏。天津大學采用負壓波法進行泄漏檢測，現已在勝利油田的臨盤——濟南,滄州——臨邑兩條管道上應用。東北大學與勝利油田勝通新科技開發中心研制的流體輸送管道泄漏智能診斷與定位系統已應用在勝利油田河口采油廠的義首線、孤東線等輸油管道上。

2負壓波法實現管道泄漏監測的問題和改進措施

2.1負壓波法監測輸油管道泄漏存在的問題負壓波的優點是檢測速度快、定位準確、成本費用低。但是它對微小緩慢泄露并不是很有效。此外，存在以下問題：1.負壓波受管道的摩擦系數、管壁彈性等因素的影響，其傳播速度并非常熟。2.波的時間差的計算精度尚有待提高。3．輸油管道系統工況復雜，正常的操作，如泵的啟停、閥門的調節等都會引起負壓波，現有系統對于這兩種情況下產生的負壓波還不能有效區分，經常發生誤報。

2.2存在問題的改進方案針對以上分析中存在的問題，采用以下方案加以改進。1．根據油溫和油品密度，建立油溫、油品密度與負壓波波速的對應關系，對負壓波波速進行溫度和密度修正。壓力波在管道內傳播的速度計算方法如公式2所示，這一速度決定于液體的彈性、液體的密度和管材的彈性。由式中彈性系數K和密度的關系可知，負壓波波速必須考慮到液體密度和溫度因素的影響。2．利用GPS對各輸油站點的數據采集時間進行同步，并自動設定同步間隔，消除累計時間誤差。GPS同步誤差不超過1μs的秒脈沖前沿對分布式數據采集系統同步觸發采集，如此便可使各站點的數據具有精確的時間起點。3．消除環境噪聲影響時除了采用信號尖端補償和小波變換法外，采用雙傳感器法對干擾信號進行完全補償。圖2和圖3為采用雙傳感器補償法前后采集到的波形效果對比。4．加裝站內啟停泵和閥門調節信號觸發裝置，啟停泵或閥門調節后一定時間段內不進行判別，減少誤判。針對輸油站點內泵的啟停和閥門調節容易使系統產生誤判的問題，考慮到啟停泵和調節閥門大多是暫時發生的瞬時行為，可以在每次進行操作前觸發與相應的泵或閥門連接在一起的觸發器，信號傳輸到遠程的計算處理終端后終端在一定的時間間隔內不進行泄漏判斷（此時間間隔可以由操作人員通過軟件提供的接口進行設定）。

3系統設計與調試

3.1系統設計如圖4所示：本套輸油管道泄漏監測與定位系統包括管輸站點的信號采集終端、遠程計算控制終端、GPS接收器、微波信號收發子系統等。其中，管輸站點的信號采集終端由同樣型號的兩套壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器以及信號增強和處理設備組成；采用負壓波法和流量監測相結合可以同時監測泄漏量逐漸增強的微小緩慢泄露；GPS接收器用于對各數據采集終端的時間進行同步；微波信號收發系統用于數據在采集端和計算控制中心之間的遠程傳輸，使本系統能夠適應偏遠和地形復雜區域的應用需求；計算控制中心負責通過對采集信號的深入處理和計算實現泄漏識別、漏點定位和維修搶險指令及方案的制定和下達。

3.2系統調試本系統于2012年8月至2012年11月期間多次在長慶油田采油五廠位于陜西省定邊縣的油氣集輸生產一線進行測試試驗，測試效果良好。在馬家山東作業區羅1井區姬十一轉油站至姬二聯合站管段的輸油管道上布設此系統，多次人為制造泄漏點均可于一分鐘之內在計算控制中心接收到首末站點傳輸過來的明顯負壓波信號，定位之后誤差在1%以內，滿足管道運行要求。在耿六十井區77-88井場至姬十二增壓站輸油管線布設此系統之后，多次成功監測到不法份子盜油行為，通過事后調取井場周邊監控錄像可以確定，事件在半分鐘之內即成功發現。

3.3系統性能通過測試驗證了系統已完全達到在設計階段確定的主要性能指標：(1)泄漏檢測靈敏度：大于總流量1%—4％的泄漏可報警；(2)報警反應時間：小于100秒；(3)漏點定位誤差：管道站間長度的1.5％；（4）無中繼設備下無線擴頻信號的傳輸距離大于5公里。

4結論

本系統采用負壓波與流量相結合的方法，可有效、準確、可靠地監測輸油管道的突發和緩慢泄漏；依靠微波擴頻技術的油田局域網絡進行實時數據傳輸更加適應我國西北地區難以架設有線網絡地區的生產需求；采用GPS可以更加精確地對數據采集時間進行同步，提高檢測和定位精度；雙壓力傳感器法可有效實現監測管道背景噪聲的補償；啟停泵和閥門調節信號觸發裝置的引入有效減少了人為操作造成的系統誤判。該檢測方法具有很好的應用和推廣價值。

作者：王豐飛張慶華方俊單位：西安長慶科技工程有限責任公司