埕港輸油管道泄漏監(jiān)測方案比選研究

趙鑫（大港油田灘海開發(fā)公司，天津 300280）

埕港輸油管道泄漏監(jiān)測方案比選研究

趙鑫（大港油田灘海開發(fā)公司，天津 300280）

埕港管道項(xiàng)目是為適應(yīng)埕海油田勘探開發(fā)進(jìn)展，解決埕海油田發(fā)展的瓶頸而建設(shè)的，選擇適用于埕港管道的泄漏監(jiān)測方法，可以確保管道在未來較長的服役期內(nèi)能夠安全可靠的運(yùn)行，因此探討和研究適用于埕港輸油管道的泄漏監(jiān)測方案十分必要。

泄漏監(jiān)測；分布式光纖檢測法；負(fù)壓波檢測法；流量平衡法

管道運(yùn)輸具有運(yùn)費(fèi)低、無蒸發(fā)損耗、安全隱患低、能源消耗小、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、便于管理、占地少等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是原油輸送管線也存在穿孔、泄漏、盜油等潛在運(yùn)行危險(xiǎn)，為保障油田生產(chǎn)正常運(yùn)行和避免國家財(cái)產(chǎn)損失，常用的管線保護(hù)措施主要有巡線、停產(chǎn)檢修、搶修等，這些傳統(tǒng)維護(hù)方法較為被動(dòng)，不僅反應(yīng)速度慢，而且花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用巨大，因此現(xiàn)在普遍采用對原油管道時(shí)時(shí)監(jiān)測并能定位穿孔位置和及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。目前，管道泄漏檢測方法有分布式光纖檢測法、負(fù)壓波檢測法和流量平衡法等，埕港輸油管道通過方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定適用于自身的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。

1 方案比選

1.1 分布式光纖檢測法

基于光纖光學(xué)以及激光測量系統(tǒng)的分布式光纖檢測法，其使用激光的相互作用的測量原理，即受激布里淵散射，利用SBS光纖材料的固有物理特性，提供測量分布在光纖上承受外力下的應(yīng)變和溫度的重要信息，傳感器件可以采用標(biāo)準(zhǔn)或特種單模通信光纖和光纜，通過儀器測量出光纖局部的SBS特性，從而確定泄露點(diǎn)的具體位置。該系統(tǒng)在國內(nèi)剛剛開始推廣，業(yè)績較少。該系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)是維護(hù)量小、響應(yīng)速度快、定位精度非常高（±4m/30km）、傳感光纜可與通信光纜集成在一塊而不需要單獨(dú)敷設(shè)、對施工要求較高、缺點(diǎn)是價(jià)格較高。

1.2 負(fù)壓波檢測法

目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的輸油管道泄漏檢測和定位方法是負(fù)壓波法，該方法的原理是：當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，由于管道內(nèi)外存在壓差的原因，泄漏點(diǎn)處的流體快速流走，導(dǎo)致該泄漏點(diǎn)處管道內(nèi)壓力下降，流體密度變小，泄漏點(diǎn)處兩側(cè)的高密度流體就會向密度小的泄漏點(diǎn)補(bǔ)充，從而又產(chǎn)生了一個(gè)新的波源并以一定波速向管道的兩端傳播，該波就是負(fù)壓波，泄漏點(diǎn)的具體位置可以根據(jù)負(fù)壓波到達(dá)上下游監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)間差及其傳播的速度就可以計(jì)算得出。負(fù)壓波檢測法的優(yōu)缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面：價(jià)格較低，國內(nèi)廠商眾多，因此選擇余地很大；設(shè)備較少，因此安裝簡單，維護(hù)方便；報(bào)警反應(yīng)時(shí)間小于等于200秒，因此可以迅速檢測出大的泄漏，但是對于較小的泄漏或已經(jīng)發(fā)生的泄漏則檢測效果不理想；實(shí)際應(yīng)用中的誤差遠(yuǎn)大于理論誤差，與流體溫度、壓力、密度、流體的體積彈性系數(shù)、管材彈性系數(shù)、管道的平均直徑、管壁厚度等因素密切相關(guān)；負(fù)壓波法通過采用壓力、流量等相關(guān)識別技術(shù)減少了誤報(bào)概率，在泄漏量相對較大管線上應(yīng)用并取得了較好的效果，但對緩慢打開閥門和大輸油量管線上的盜油事件、管道因?yàn)楦g穿孔造成的泄漏、或者長距離信號的衰減等原因?qū)е碌男孤﹫?bào)警就顯得無所適從了；為排除正常的泵、閥、倒罐作業(yè)等操作產(chǎn)生的負(fù)壓波干擾，提高系統(tǒng)報(bào)警準(zhǔn)確率，減少系統(tǒng)誤報(bào)警，在系統(tǒng)中根據(jù)流體泄漏與生產(chǎn)作業(yè)所產(chǎn)生的負(fù)壓波的波形等特征差別，再經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)模擬試驗(yàn)，形成先進(jìn)的模式識別技術(shù)用以排除非泄漏原因產(chǎn)生的負(fù)壓波干擾。

1.3 流量平衡法

通過測量一段管道入口端與出口端的流體流量差監(jiān)測管道泄漏的方法就是流量平衡法。入口處的流體流量與出口處的流體流量在單位時(shí)間內(nèi)可能不相等，當(dāng)管道沒有發(fā)生泄漏時(shí)，流量差應(yīng)滿足公式：

式中：Qin為入口端流量，Qout為出口端流量，dQm為流量測量的誤差范圍，dVs/dt為流量變化率。但是發(fā)生泄漏后，流量差的公式如下所示：

流量平衡法又可以細(xì)分為管道平衡法、補(bǔ)償流量平衡法和質(zhì)量平衡法，目前使用的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)多數(shù)采用補(bǔ)償流量平衡法。與前兩種泄漏監(jiān)測方法相比，流量平衡法的特點(diǎn)主要有三方面：適用于長輸管道并且定位精度較高；反應(yīng)慢，每段管道兩端均需要安裝流量表，因此所需儀表數(shù)量較多；僅憑流量數(shù)據(jù)不能進(jìn)行泄漏點(diǎn)的定位，對于微小泄漏也不能進(jìn)行檢測，因此應(yīng)用業(yè)績較少。

2 結(jié)語

埕港管道工程沿途為人口較稠密地區(qū)，相近區(qū)域內(nèi)發(fā)生過管線盜油事件，為保證輸油安全和環(huán)境保護(hù)，應(yīng)考慮設(shè)置管線泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。國內(nèi)近年新敷設(shè)的管道大都安裝了泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，大部分采用負(fù)壓波原理的檢測技術(shù)，取得了較好的應(yīng)用效果。流量平衡法對泄漏發(fā)生的反應(yīng)慢，所需儀表較多，不能發(fā)現(xiàn)微小泄漏，本工程不做推薦。分布式光纖檢測法在國外已有很多應(yīng)用實(shí)例，在國內(nèi)應(yīng)用業(yè)績較少，但由于其具有響應(yīng)時(shí)間快、定位精度高、監(jiān)測功能多等特點(diǎn)，是未來管道泄漏監(jiān)測的發(fā)展方向?？紤]到技術(shù)的先進(jìn)性和功能的完整性，埕港管道工程推薦采用分布式光纖檢測法對管道泄漏進(jìn)行監(jiān)視。