王林軍 畢文浩 竇麗娜 高楚為

浙江石油化工有限公司

摘要：輸油管道是石油運輸最安全高效的方式，泄漏檢測作為技防手段中重要的環(huán)節，其準確性和可靠性顯得尤為重要。為了探究泄漏檢測系統報警的準確性，確保輸油管道發(fā)生泄漏后第一時(shí)間預警。本文結合馬目油庫—魚(yú)山輸油管道實(shí)際泄漏模擬案例，通過(guò)分析其管理運行狀態(tài)和停輸狀態(tài)首末站壓力變化規律，用仿真軟件對泄漏檢測系統誤報情況進(jìn)行分析，并提出應對措施，為減少泄漏檢測誤報優(yōu)化輸油方式提供了依據，對保障輸油管道運維具有重要意義。

關(guān)鍵詞：輸油管道；負壓波；泄漏檢測；真空；仿真模擬

在我國龐大的油氣長(cháng)輸管道網(wǎng)絡(luò )中，原油管道占據了重要一席，總里程達到了2.8萬(wàn)公里。這些原油管道如同一條條能源動(dòng)脈，源源不斷地將來(lái)自國內外的原油輸送到全國各地，為煉油、化工等產(chǎn)業(yè)提供了充足的原料供應。原油長(cháng)輸管道作為能源運輸的重要基礎設施，一旦發(fā)生泄漏或爆炸等事故，將嚴重影響原油的運輸和供應，導致無(wú)法承受的人員和財產(chǎn)損失[1]。隨著(zhù)管道泄漏檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，泄漏檢測方法從簡(jiǎn)單的人工分段沿著(zhù)管線(xiàn)巡視發(fā)展到先進(jìn)的人工智能泄漏檢測系統，以實(shí)現管道泄漏的及時(shí)報警和準確定位[2]。本文通過(guò)原油管道真實(shí)泄漏模擬試驗，對馬目油庫—魚(yú)山輸油管道報警數據進(jìn)行統計并加以分析，并提出了相應的處理措施，從而提高馬目油庫—魚(yú)山輸油管道泄漏檢測系統的有效性。

1  管道概況

馬目油庫—魚(yú)山輸油管道全長(cháng)23.5 km，雙管同溝敷設，其中陸地管道6.8 km，海底管道16.7 km，高差299 m，設計壓力4.0 MPa，單管輸量2.0×107 t/a，沿線(xiàn)海邊設置1座閥室。馬目首站、魚(yú)山末站各安裝1套泄漏檢測數據采集及處理設備，首站安裝1套泄漏檢測中心服務(wù)器。

2  泄漏檢測系統原理

該管道泄漏檢測系統采用負壓波法進(jìn)行管道泄漏檢測�；�于負壓波法的泄漏檢測系統的工作原理是：當泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏處因流體物質(zhì)損失而引起局部流體密度減小，產(chǎn)生瞬時(shí)壓力降低和速度差，該瞬時(shí)壓降以聲速向泄漏點(diǎn)的上下游傳播。當以泄漏前壓力作為參考標準時(shí)，泄漏時(shí)產(chǎn)生的減壓波就稱(chēng)為負壓波[3]。該波以一定速度自泄漏點(diǎn)向兩端傳播，經(jīng)若干時(shí)間后分別傳到上下游的高精度壓力傳感器，壓力傳感器捕捉到特定的瞬態(tài)壓降的波形就可以進(jìn)行泄漏判斷[4]。

根據泄漏產(chǎn)生的波，負壓波的傳播速度以及管道兩端壓力傳感器監測到負壓波到達首末站的時(shí)間差，就可以確定泄漏的位置（圖 1）。

圖 1 負壓波法泄漏檢測示意圖

圖 1中原油管道長(cháng)度為L(cháng)AB，m；模擬泄漏點(diǎn)為C。泄漏點(diǎn)C產(chǎn)生的壓力波傳到首站A點(diǎn)的時(shí)刻設為 t1，s；傳到末站B點(diǎn)的時(shí)刻為 t2，s；已知原油管道的長(cháng)度和輸送的介質(zhì)，忽略原油的黏度、溫度、流動(dòng)狀態(tài)等因素的影響，壓力波在原油中的傳播速度為 v1，m/s；原油在管道的流速為v2，m/s。則：

管道泄漏點(diǎn)的定位公式[5]為：

式中: Δt 為負壓波到達上下游壓力傳感器的時(shí)間差，s。

考慮到管道內原油流速對負壓波傳播速度的影響，對式（2）修正為：

則負壓波在原油管道中的傳播速度約為1000 m/s。

3  實(shí)例分析

3.1  泄漏測試工藝

由于該輸油管道是雙管同溝敷設，在輸油管道沿途的其中1個(gè)閥室進(jìn)行工藝改造，1號、2號管線(xiàn)旁通管線(xiàn)平板閘閥0103和0203處，拆掉目前封堵的盲法蘭，安裝好臨時(shí)工藝閥組和截止閥，模擬泄漏試驗工藝閥組安裝位置如圖 2綠色管線(xiàn)位置所示。

圖 2 泄漏試驗工藝閥組流程示意圖

3.2  泄漏測試方法及測試數據

根據工藝管線(xiàn)安裝及以往工藝參數，流量計為單向計量，1號線(xiàn)正常輸油狀態(tài)（壓力2.4 MPa），2號線(xiàn)停輸后末站泄壓狀態(tài)（壓力1.3 MPa），現場(chǎng)實(shí)際從1號線(xiàn)泄壓至2號線(xiàn)，輸量2000 m³/h，利用兩管線(xiàn)之間壓差進(jìn)行泄漏檢測試驗，結果如表 1所示。

表 1 馬目油庫—魚(yú)山輸油管道泄漏檢測報警模擬試驗統計表

從現場(chǎng)模擬泄漏測試7次報警中可以看出，7次均判斷出管道發(fā)生了泄漏，但泄漏檢測報警定位卻出現嚴重偏差。

3.3  運行狀態(tài)數據分析

馬目油庫—魚(yú)山輸油管管道1號線(xiàn)馬目首站出站運行壓力為2.633 MPa，魚(yú)山末站進(jìn)站壓力1.114 MPa（圖 3 紅色方框）。輸油管道會(huì )翻越過(guò)最高點(diǎn)，其高程為299 m，在目前的管道運行壓力下，管道在最高點(diǎn)處會(huì )有拉空現象，如果輸油管道發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)所產(chǎn)生的壓降由于在高點(diǎn)有拉空的阻滯，無(wú)法傳輸到出站及進(jìn)站壓力傳感器，導致泄漏檢測系統無(wú)法估算出正確的泄漏位置或者估算位置不準確。圖 3、圖 4分別為1號線(xiàn)和2號線(xiàn)壓頭（綠色曲線(xiàn)）與高程（黑色曲線(xiàn)）趨勢圖。圖中的藍色方框中紅色標識是系統根據當前管道操作壓力及管道高程計算出的管道拉空點(diǎn)。

圖 3 1號線(xiàn)運行狀態(tài)壓頭高程趨勢圖

圖 4 2號線(xiàn)運行狀態(tài)壓頭高程趨勢圖

1號線(xiàn)關(guān)斷狀態(tài)壓力數據趨勢圖（圖 5 紅色方框）和1號線(xiàn)在關(guān)斷狀態(tài)管道最高點(diǎn)的壓頭及高程趨勢圖（圖 6），藍色方框中的紅色標識為管道拉空位置。

圖 5 1號線(xiàn)停輸狀態(tài)壓力趨勢圖

圖 6 1號線(xiàn)停輸狀態(tài)壓頭高程趨勢圖

2號線(xiàn)（圖 7、  圖 8）在關(guān)斷狀態(tài)下魚(yú)山站的壓力為﹣0.098 MPa，系統計算出輸油管道有兩處拉空點(diǎn)，一個(gè)位于管道最高點(diǎn)，另一個(gè)位于魚(yú)山末站進(jìn)站處（藍色方框）。

圖 7 2號線(xiàn)停輸狀態(tài)壓力趨勢圖

圖 8 2號線(xiàn)停輸狀態(tài)壓頭高程趨勢圖

4  仿真檢驗

為了進(jìn)一步驗證輸油管道當前的運行狀態(tài)，使用模擬仿真系統建立了原油管道的模型（圖 9）并進(jìn)行相關(guān)的分析，根據當前輸油管道的工況，設定輸量為 3200 m³/h，馬目首站出站壓力為2.57 MPa，如果是正常原油滿(mǎn)管輸送操作模式下，計算出魚(yú)山末站進(jìn)站壓力應該保持在1.97 MPa。

圖 9 Sim 模型界面

為了計算輸油管道最高點(diǎn)的壓力，把模型的管道長(cháng)度設定為3390.4 m，該處是管道最高點(diǎn)的位置，高程為299 m（圖 10），馬目首站出站壓力設為 2.57 MPa，輸量為3200 m³/h，模型計算出的管道在最高點(diǎn)的壓力為 0.035 MPa。原油經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)后，在魚(yú)山末站進(jìn)站沒(méi)有控制壓力的情況下，輸油管道處于不滿(mǎn)管狀態(tài)，原油存在自流進(jìn)入儲罐情況。

5  結論與建議

根據實(shí)際工況驗證了輸油管道模擬仿真的計算結果，如果輸油管道處于不滿(mǎn)流狀態(tài)，管道中會(huì )有油氣混合物，在此種工況下一旦原油發(fā)生泄漏，油氣混合物區域會(huì )阻滯泄漏產(chǎn)生的壓降在管道中的傳播，進(jìn)而影響泄漏檢測系統的準確性，對系統性能產(chǎn)生一定的影響。根據實(shí)際情況，提出如下解決措施。

（1）實(shí)時(shí)監控與強化巡檢。持續跟蹤輸油管道站內SCADA控制系統壓力參數的變化趨勢曲線(xiàn)，一旦察覺(jué)壓力波動(dòng)異常立即啟動(dòng)應急處置流程，同時(shí)加強管道線(xiàn)路及高后果區、高風(fēng)險區巡檢力度和頻次，防范第三方損壞、地質(zhì)災害等潛在風(fēng)險[6]。

（2）定期維護與缺陷整治。定期開(kāi)展管道清管和內檢測作業(yè)，避免管道沿途低洼段積水引發(fā)電化學(xué)腐蝕，針對內檢測發(fā)現的管材缺陷點(diǎn)，提前制定并落實(shí)整改方案，從管道本體杜絕因薄弱部位失效導致的泄漏問(wèn)題。

（3）科學(xué)調度。結合調度生產(chǎn)實(shí)際需求，優(yōu)化輸油計劃，減少因頻繁啟停輸作業(yè)對管道造成的水力沖擊，保障管道運行工況穩定。

（4）消除空管段落。在設計工況允許范圍內，適度提高首站輸油壓力，徹底消除管道沿途高點(diǎn)因壓力不足出現的拉空現象[7]。

（5）優(yōu)化檢測管道區域。根據山區段管道沿線(xiàn)地形高差差異情況，合理增設壓力傳感器，實(shí)施分區域泄漏檢測模式，提高泄漏檢測系統報警響應速度與定位準確性[8]。

參考文獻：

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[7]是斌貝，何現波，胡宸銘，等.基于負壓波法的成品油輸送管道泄漏檢測及其改進(jìn)[J].內蒙古石油化工，2018，44(08)：69-71.

[8]田遠，劉靚，王璐.基于負壓波的泄漏檢測系統在日儀線(xiàn)的應用[J].石油工業(yè)技術(shù)監督，2013(9)：51-53.

作者簡(jiǎn)介：王林軍，1990年生，本科，油氣儲運工程師，就職于浙江石油化工有限公司管道部，主要從事陸地管道、海底管道建設與運維管理工作。聯(lián)系方式：15168090938，zsh_wanglinj@rong-sheng.com。