鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)考慮在制造、安裝、檢修和進(jìn)行鍋爐水壓試驗(yàn)時(shí)需排除容器內(nèi)空氣,因此在汽包或飽和蒸汽引出管、各級(jí)過熱器、再熱器上聯(lián)箱或連通管均設(shè)計(jì)了空氣管。很多時(shí)候,鍋爐投入使用后會(huì)發(fā)生空氣管泄漏事故,泄漏部位大多為空氣管與管接頭對(duì)接焊縫和空氣支管與空氣總管角焊縫。分析泄漏原因?yàn)椋嚎諝夤苈芬话銥榘惭b單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自行排放,各類監(jiān)督檢查不重視,焊口無坡口、對(duì)口偏斜、管道開孔為氣割、焊縫夾渣、氣孔、未焊透等缺陷較多,運(yùn)行中由于震動(dòng)、熱應(yīng)力等原因使內(nèi)在缺陷發(fā)展成泄漏。
鍋爐排污疏水管道屬于安裝單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自行敷設(shè),大多數(shù)是沿鍋爐敷設(shè)。此類管道泄漏有以下幾種情況:因管道敷設(shè)焊口背面焊接條件差,焊接缺陷多,從而導(dǎo)致泄漏;管道與閥門對(duì)接焊口泄漏較多,原因多為管道未打坡口且對(duì)口不同心、偏折、強(qiáng)力對(duì)口等;聯(lián)箱管接頭與管道對(duì)接焊口或焊止線泄漏,主要因?yàn)楣艿拦潭ㄔ阡摷苌?,而?lián)箱隨爐膨脹,由于鍋爐起停頻繁,導(dǎo)致焊口疲勞;管道因內(nèi)外腐蝕減薄而爆管,主要是內(nèi)部不流動(dòng)疏水和外部雨水的腐蝕造成。對(duì)于此類泄露可以對(duì)鍋爐排污疏水管道進(jìn)行光譜、測(cè)厚檢查,對(duì)已減薄的管道進(jìn)行更換,對(duì)全部安裝焊口重新規(guī)范焊接并進(jìn)行無損檢驗(yàn)。對(duì)膨脹不暢的管道進(jìn)行重新調(diào)整。
過熱器、再熱器減溫水管道也會(huì)發(fā)生泄漏,有如下幾種情況:減溫水流量孔板泄漏,由于鍋爐原配減溫水流量孔板為法蘭式,布置較緊湊,各支路管流量、溫度不均等;管道爆漏多是由于減溫水管一般并排敷設(shè),管與管間隙小甚至無間隙,運(yùn)行時(shí)因震動(dòng)導(dǎo)致磨損而泄漏;因介質(zhì)沖刷減薄管壁而泄漏,主要發(fā)生在彎頭部位;管道焊縫泄漏,主要因焊口未打坡口、焊接缺陷較多而導(dǎo)致泄漏。針對(duì)上述問題可采取以下措施:將法蘭式流量孔板更改為焊接式,并適當(dāng)拉開距離便于檢修和操作;對(duì)減溫水管進(jìn)行全線檢查、測(cè)厚,對(duì)管壁減薄的進(jìn)行更換,未打坡口的焊口全部重新焊接;對(duì)管系進(jìn)行合理的布置和固定避免碰磨,進(jìn)行有防雨措施的保溫避免外部腐蝕。
由于鍋爐主、再熱蒸汽系統(tǒng)、給水系統(tǒng)的溫度套管大多數(shù)為螺紋連接式,投運(yùn)后隨著啟停次數(shù)的增加,管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)引起振動(dòng),會(huì)造成因溫度套管螺紋處泄漏而在低谷時(shí)焊補(bǔ)或機(jī)組調(diào)停時(shí)更換溫度套管,給安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來一定的威脅。處理措施是利用機(jī)組大小修將螺紋連接式溫度套管更改為焊接式溫度套管。
文章對(duì)國內(nèi)外輸油管道泄漏檢測(cè)方法進(jìn)行了分析,對(duì)油田輸油管道防盜監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行了探討。針對(duì)油田輸油管道防盜監(jiān)測(cè)問題,指出了油田輸油管道防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是管道泄漏檢測(cè)報(bào)警及泄漏點(diǎn)的精確定位,并介紹了勝利油田輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用情況。
主題詞:
輸油 管道 泄漏 監(jiān)測(cè) 防盜
泄漏是輸油管道運(yùn)行的主要故障。特別是近年來,輸油管道被打孔盜油以及腐蝕穿孔造成泄漏事故屢有發(fā)生,嚴(yán)重干擾了正常生產(chǎn),造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,僅勝利油田每年經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)上千萬元。因此,輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用成為油田亟待解決的問題。先進(jìn)的管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù),可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏,迅速采取措施,從而大大減少盜油案件發(fā)生,減少漏油損失,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1 國內(nèi)外輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀
輸油管道泄漏自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在國外得到了廣泛的應(yīng)用,美國等發(fā)達(dá)國家立法要求管道必須采取有效的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
輸油管道檢漏方法主要有三類:生物方法、硬件方法和軟件方法。
1.1 生物方法
這是一種傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法,主要是用人或經(jīng)過訓(xùn)練的動(dòng)物(狗)沿管線行走查看管道附件的異常情況、聞管道中釋放出的氣味、聽聲音等,這種方法直接準(zhǔn)確,但實(shí)時(shí)性差,耗費(fèi)大量的人力。
1.2 硬件方法
主要有直觀檢測(cè)器、聲學(xué)檢測(cè)器、氣體檢測(cè)器、壓力檢測(cè)器等,直觀檢測(cè)器是利用溫度傳感器測(cè)定泄漏處的溫度變化,如用沿管道鋪設(shè)的多傳感器電纜。聲學(xué)檢測(cè)器是當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)流體流出管道會(huì)發(fā)出聲音,聲波按照管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)決定的速度傳播,聲音檢測(cè)器檢測(cè)出這種波而發(fā)現(xiàn)泄漏。如美國休斯頓聲學(xué)系統(tǒng)公司(ASI)根據(jù)此原理研制的聲學(xué)檢漏系統(tǒng)(wavealert),由多組傳感器、譯碼器、無線發(fā)射器等組成,天線伸出地面和控制中心聯(lián)系,這種方法受檢測(cè)范圍的限制必須沿管道安裝很多聲音傳感器。氣體檢測(cè)器則需使用便攜式氣體采樣器沿管道行走,對(duì)泄漏的氣體進(jìn)行檢測(cè)。
1.3 軟件方法
它采用由SCADA系統(tǒng)提供的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù),通過流量或壓力變化、質(zhì)量或體積平衡、動(dòng)力模型和壓力點(diǎn)分析軟件的方法檢測(cè)泄漏。國外公司非常重視輸油管道的安全運(yùn)行,管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)比較成熟,并得到了廣泛的應(yīng)用。殼牌公司經(jīng)過長(zhǎng)期的研究開發(fā)生產(chǎn)出了一種商標(biāo)名稱為ATMOS Pine的新型管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng),ATMOS Pine是基于統(tǒng)計(jì)分析原理而設(shè)計(jì)出來的,利用優(yōu)化序列分析法(序列概率比試驗(yàn)法)測(cè)定管道進(jìn)出口流量和壓力總體行為變化以檢測(cè)泄漏,同時(shí)兼有先進(jìn)的圖形識(shí)別功能。該系統(tǒng)能夠檢測(cè)出
目前國內(nèi)油田長(zhǎng)距離輸油管道大都沒有安裝泄漏自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),主要靠人工沿管線巡視,管線運(yùn)行數(shù)據(jù)靠人工讀取,這種情況對(duì)管道的安全運(yùn)行十分不利。我國長(zhǎng)距離輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究從九十年代開始已有相關(guān)報(bào)道,但只是近兩年才真正取得突破,在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。清華大學(xué)自動(dòng)化系、天津大學(xué)精密儀器學(xué)院、北京大學(xué)、石油大學(xué)等都在這一方面做過研究。如:中洛線(中原—洛陽)濮陽首站到滑縣段安裝了天津大學(xué)研制的管道運(yùn)行狀態(tài)及泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(壓力波法),東北管道局1993年應(yīng)用清華大學(xué)研制的檢漏系統(tǒng)(以負(fù)壓波法為主,結(jié)合壓力梯度法)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
2 管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究
通過對(duì)國內(nèi)外各種管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的分析對(duì)比,結(jié)合油田輸油管道防盜監(jiān)測(cè)的特殊要求,勝利油田油氣集輸公司等單位組織開展了廣泛深入的調(diào)查研究。
防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵解決兩方面的問題:一是管道泄漏檢測(cè)的報(bào)警,二是泄漏點(diǎn)的精確定位。針對(duì)這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)勝利油田采用的技術(shù)思路是:以壓力波(負(fù)壓波)檢測(cè)法為主,和流量檢測(cè)法相結(jié)合。
2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
① 計(jì)算機(jī)系統(tǒng):在管道的上下游兩端各安裝了一套工業(yè)控制計(jì)算機(jī),用于數(shù)據(jù)采集及軟件處理。
② 一次儀表: 壓力變送器
溫度變送器
流量傳感器
③ 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng):兩套擴(kuò)頻微波設(shè)備,用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。
2.2 檢漏方法
當(dāng)長(zhǎng)輸管道發(fā)生泄漏時(shí),泄漏處由于管道內(nèi)外的壓差,使泄漏處的壓力突降,泄漏處周圍的液體由于壓差的存在向泄漏處補(bǔ)充,在管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓波動(dòng),這樣過程從泄漏點(diǎn)向上、下游傳播,并以指數(shù)律衰減,逐漸歸于平靜,這種壓降波動(dòng)和正常壓力波動(dòng)大不一樣,具有幾乎垂直的前緣。管道兩端的壓力傳感器接收管道的瞬變壓力信息,而判斷泄漏的發(fā)生,通過測(cè)量泄漏時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)壓力波到達(dá)上游、下游兩端的時(shí)間差和管道內(nèi)的壓力波的傳播速度計(jì)算出泄漏點(diǎn)的位置。為了克服噪聲干擾,可采用小波變換或相關(guān)分析、基于隨機(jī)變量之間差異程度的kullback信息測(cè)度檢測(cè)等方法對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行處理。前蘇聯(lián)從20世紀(jì)70年代開始研究和使用自動(dòng)檢漏技術(shù),負(fù)壓波檢漏系統(tǒng)的普及,使輸油管線泄漏事故減少88%。負(fù)壓波的傳播規(guī)律跟管道內(nèi)的聲音、水擊波相同,其速度取決于管壁的彈性和液體的壓縮性。國內(nèi)曾經(jīng)實(shí)測(cè)過大慶原油管道在平均油溫
負(fù)壓波法具有較快的響應(yīng)速度和較高的定位精度。其定位公式為
上下游分別設(shè)置壓力測(cè)點(diǎn)p1、p2,當(dāng)管線在X處發(fā)生泄漏時(shí),泄漏產(chǎn)生
的負(fù)壓波即以一定的速度α向兩邊傳播,在t和t+τ0時(shí)刻被傳感器p1、p2檢測(cè)到,對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理,式中α為波速,L為p1、p2之間的距離
未發(fā)生泄漏時(shí),相關(guān)系數(shù)Φ(τ)維持在某一值附近;當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí),Φ(τ)將發(fā)生變化,而且當(dāng)τ=τ0時(shí),Φ(τ)將達(dá)到最大值。
理論上:解出定位公式如下:
式中:X 泄漏點(diǎn)距首端測(cè)壓點(diǎn)的距離 m
L 管道全長(zhǎng)m
a 壓力波在管道介質(zhì)中的傳播速度 m/s
上、下游壓力傳感器接收壓力波的時(shí)間差 s
由以上公式可知要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位,必須精確的計(jì)算壓力波在管道介質(zhì)中的傳播速度a和上、下游壓力傳感器接收壓力波的時(shí)間差。
?、?壓力波在管道介質(zhì)中傳播速度的確定
壓力波在管道內(nèi)傳播的速度決定于液體的彈性、液體的密度和管材的彈性:
式中 α——管內(nèi)壓力波的傳播速度,m/s;
K——液體的體積彈性系數(shù),Pa;
ρ——液體的密度,kg/m ;
E——管材的彈性,Pa;
D——管道的直徑,m;
e——管壁厚度,m;
C ——與管道約束條件有關(guān)的修正系數(shù);
式中彈性系數(shù)K和密度ρ隨原油的溫度變化而變化,因此,必須考慮溫度對(duì)負(fù)壓波波速的影響,對(duì)負(fù)壓波波速進(jìn)行溫度修正。在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn),可以比較準(zhǔn)確的確定負(fù)壓波的波速。
?、?壓力波時(shí)間差 的確定
要確定壓力波時(shí)間差 ,必須捕捉到兩端壓力波下降的拐點(diǎn),采用有效的信號(hào)處理方法是必須的,如:Kullback信息測(cè)度法、相關(guān)分析法和小波變換法。
?、?模式識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用
正常的泵、閥、倒罐作業(yè)等各種操作也會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓波。為了排除這些負(fù)壓波干擾,在系統(tǒng)中采用了先進(jìn)的模式識(shí)別技術(shù),依據(jù)泄漏波與生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的負(fù)壓波波形等特征的差別,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)模擬試驗(yàn), 提高了系統(tǒng)報(bào)警準(zhǔn)確率,減少了系統(tǒng)誤報(bào)警。
管道在正常運(yùn)行狀態(tài)下,管道輸入和輸出流量應(yīng)該相等,泄漏發(fā)生時(shí)必然產(chǎn)生流量差,上游泵站的流量增大,下游泵站的流量減少。但是由于管道本身的彈性及流體性質(zhì)變化等多種因素影響,首末兩端的流量變化有一個(gè)過渡過程,所以,這種方法精度不高,也不能確定泄漏點(diǎn)的位置。德國的阿爾卑斯管道公司(TAL)原油管道上安裝使用了該系統(tǒng),將超聲波流量計(jì),夾合在管道外進(jìn)行測(cè)量,然后根據(jù)管道溫度、壓力變化,計(jì)算出管道內(nèi)總量,一旦出現(xiàn)不平衡,就說明出現(xiàn)泄漏。日本在《石油管道事業(yè)法》中也規(guī)定使用這種檢漏系統(tǒng),并且規(guī)定在30s中檢測(cè)到泄漏量在
3 應(yīng)用效果與推廣情況
經(jīng)過勝利油田組織的專家驗(yàn)收和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),系統(tǒng)達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo):
①最小泄漏量監(jiān)測(cè)靈敏度:?jiǎn)挝粫r(shí)間總輸量的0.7%;
②報(bào)警點(diǎn)定位誤差:≦被測(cè)管長(zhǎng)的2%;
③報(bào)警反應(yīng)時(shí)間:≦200秒。
勝利油田輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)整體水平在國內(nèi)居于領(lǐng)先地位,應(yīng)用效果和推廣規(guī)模都是較好的,目前勝利油田油氣集輸公司輸油管道上已經(jīng)推廣應(yīng)用檢漏系統(tǒng),取得了明顯的效益,多次抓獲盜油破壞分子,有力地打擊了盜油犯罪,為油田每年減少經(jīng)濟(jì)損失1000多萬元,為管道的安全運(yùn)行提供了保證。
4結(jié)論
4.1 采用負(fù)壓波與流量相結(jié)合的方法監(jiān)測(cè)輸油管道的泄漏是有效的、可靠的;
4.2 依靠油田局域網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能夠提高泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的反應(yīng)速度,能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)的泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警與定位;
4.3 在油田輸油管道安裝管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠確保管道安全運(yùn)行,明顯減少管道盜油事故的發(fā)生,具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
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