您现在的位置:首页找资料 > 设备管理体系标准6S目视化 >

如何正确选择管道泄漏监测系统
文: 雍建明 中国石油大港石化分公司治安中心 

 

 
【摘要】:本文针对我国管道泄漏监测系统现场使用中遇到的选择难问题,从公认的主要技术指标入手,深入地分析了各种实时监测系统的共性和差异,提出了识别不同技术的方法,回答了如何选择适合自己的管道泄漏监测技术问题。
关键词:管道泄漏  技术指标  选择

一、概  述
      石油是不可再生的重要战略资源,如果把石油比作关乎国计民生的 “工业血液”,那输油管道就可被誉为保障“血液”安全通畅的大动脉。管道运输凭借其安全、高效、节能、环保等特点,在国民经济发展中起着举足轻重的作用。
      统计数据显示,2006年末,全国输油(气)管道里程为48226公里,比2002年增长62.0%,年均增长12.8%。业内专家指出,由于近年来国内获得多个油气大发现,全国性的油气管网将作为未来油气运输的重要保障。而西部原油管道的投产加上其他油气管线的动工兴建充分表明,我国油气管道业已进入一轮大发展期。根据《天然气管网布局及“十一五”发展规划》,2006~2010年,我国将基本形成覆盖全国的天然气基干管网。未来两年需修建4万公里。这意味着,随着我国对能源问题的认识不断加深,油气管道这一国家级的公共基础设施建设会大大提速。国家发改委能源局近日透露,到2010年,我国拥有油气管道总里程将超过10万公里,油气管道的安全问题也一直为人们所关注。管道运行管理的核心是“安全和经济”。近年来,受各种因素的影响,管道的安全运行和维护受到了威胁和挑战。使用先进的科学手段建立管道安全预报警体系,对管道泄漏事故进行实时监测,确保管道安全运行,有着十分重要的意义。
      国内研制开发管道泄漏动态监测技术的高等院校、科研院所和企事业单位很多,涌现出大量的科研成果和无数篇论文,因为技术尚在开发期,还未形成一个本行业可以遵循的标准,所以,无论技术理论还是市场竞争都处在百家争鸣的阶段。从全国应用市场看,尽管许多管道都安装了管道泄漏监测系统,但真正能够有效应用于生产 实践的技术少之又少。对于什么叫好的技术,人们的理解差异相当大,选择不当造成的不良后果的例子屡见不鲜。为了寻找适合自己的先进技术,人们想了许多办 法,诸如查资料、参展会、技术交流、现场考查、招标采购等,几乎能想的办法都想了,结果装上的系统还是误报率高,无盗油时经常报警,真盗油时不报警;没有办法只能靠人工排除误报警和识别泄漏,还是没有摆脱自动定位没有价值的圈子,不得已只能手工定位。
      由于没有统一的标准,各家的广告宣传指标高的惊人,就灵敏度、误报、漏报和定位四项关键指标而言,同一指标不同的监测系统实际使用的结果有时甚至是完全相 反。造成安装多、效果差、投资大、用户想找适用的技术又找不到的怪现象。为了保护油气输送管道,寻找一种真正可靠、先进的技术,变得日益紧迫。
      面对这种复杂的局面,如何寻找到更好的技术,就不是简单几句话就能说明白的事,下面,我们就逐步探讨这个问题。
二、管道泄漏监测技术初探
2.1 综合知识要解决的两个关键问题

      管道泄漏监测报警定位技术是非常专业的领域,整套系统涉及多专业、多学科的学术和技术。例如:水力学、数学、工业自动化、仪器仪表、机械设计、工程安装、计算机软硬件、油气储运、集输等等方面…..。所有这些,都与做好管道泄漏监测密切相关。归根结底,动态管道泄漏监测要解决的问题其实只有两个,一个是正确的识别出什么是泄漏,另一个就是这种事件到底是何时发生的。
      关键是能否正确识别出泄漏!过 去,人们有一种误区,认为管道泄漏了能否报警是关键问题。其实,泄漏报警并非难事,难的是没有泄漏别报警。往往是为了泄漏要报警,搞得没有泄漏经常报警, 总喊狼来了,狼真的来了还有谁相信?世界上所有的动态管道泄漏监测系统都在设法解决这个问题,这已经成了衡量系统性能的关键指标。之所以困难,是因为不知 道什么是泄漏,没有智能。所以说,管道泄漏的关键技术问题是系统能否正确的识别出什么是泄漏。
      接下来的就是定位的问题了。由于人们希望定位准确,所以把定位误差作为一个重要技术指标,往往误差大了,以为是定位方法有问题。其实,定位方法远在管道泄漏技术出现以前就有了,其正确性是毋容质疑的。是什么问题影响了定位?是不能准确的知道泄漏时刻和泄漏前后的数据。
      该领域发展至今,虽然不断有新的技术推出,整体上看,国内外还没有出现非常理想的技术和产品,动态管道泄漏监测报警定位技术应是需要不断探索的课题! 处在这样一个时期,寻找一种较好的、能够自动识别管道泄漏和定位的监测系统就更加困难。
2.2国内外有代表性的管道泄漏检测方法
      国内外都有人工巡线和管道内部检测方法,由于不在本文探讨范围之内,不赘述。这里着重介绍管道外部动态泄漏监测技术
随着自动化仪表、计算机技术的深入发展,各种动态监测技术也相继出现,这些方法90%以上都是依据管道泄漏后流量和压力改变这一自然规律提出来的。如:压力点分析法、特性阻抗检测法、互相关分析法、压力波法、流量差监测法、管道瞬变模型法、统计法、人工智能法、光缆监测法等等。
压力点分析法
      压 力点分析法可用于气体、液体的多相流管道的监测。当管线处于稳定工况时,流体的压力、速度和密度的分布是不随时间变化的。当泵或压缩机供给的能量变化时, 上述参数是连续变化的。当管道发生泄漏后,液体将过渡至新的稳态。过渡时间从几分钟到十几分钟不等,由动量和冲量定理确定。压力点分析法检测流体从某一稳 态过渡到另一稳态时管道内流体压力、速度和密度的变化情况,来判断是否包含有泄漏信号。
特性阻抗检测法
      由传感器构成的检漏系统可随时检测到管道微量原油的泄漏情况。传感器采用多孔聚四氟乙烯树脂作为绝缘材料。这种材料导电率、绝缘阻抗热稳定性好、不易燃烧、化学稳定性好。当漏油渗入后,其阻抗降低,从而达到检漏目的。
互相关分析法
      设 上、下两站的流量和压力传感器接收到的信号分别为x(t)、y(t)。两个随机信号x(t)和y(t)有互相关函数Rxy(t)。如果x(t)和y(t) 两信号是同频率的周期信号或包含有同频率的周期成分,那么,即使t趋近于无穷大,互相关函数也不收敛并会出现该频率的周期成分。如果两信号含有频率不等的 周期成分,则两者不相关。
压力波法
      压力波法是国内应用比较普遍的检漏方法。当管线某点发生泄漏时,该点可视为向上、下游传递压力的压力源,同时向上、下游传递一个减压波,表现为上站的出站压力和下站的进站压力分别下降。
流量差监测法
      流量差法认为管道正常输送时流量差是稳定的,泄漏后该値变大。
管道瞬变模型法
      管道瞬变模型法是建立管道静态和瞬态变化模型,用模型作为判别泄漏的依据。
统计法
      1993年,Xue Jun Zhang首先提出了统计法检漏的基本思想和算法,利用序列比识别泄漏的方法,具有误报少,灵敏度高的特征。1995年,壳牌公司开发出了这种检漏方法,到目前为止,该法仍被世界公认为是最先进的管道泄漏检测方法。
人工智能法
      人工智能的管道泄漏监测方法是由北京昊科航公司推出的一种崭新的泄漏监测技术。这种方法认为管道工作过程中发生的各种情况都能从历史和当前的流量、压力波形 特征上分析出来,既然人工能分析出来,就可以把人工分析的方法变成计算机程序,从此为管道泄漏监测技术的发展开辟了一条新的道路。
光缆监测法
      近几年以来,随着光通讯技术的进展,出现了利用光时域反射技术和功率监测技术原理开发的光缆动态监控系统技术,如果将光缆平行的附设在管道上,当有人为损坏 管道时,必然被光缆监测系统发现,由此实现了预警,一旦泄漏,漏失的油品必然也要改变光缆的环境压力和温度,同样会为监测系统所发现。从已有的案例看,该 项技术用于管道泄漏监测有相当的局限性,尚处在初期研究阶段。
三、管道泄漏监测技术初探
3.1 管道泄漏监测方法的共性问题

      从上面介绍的各种方法看,动态管道泄漏绝大部分都是利用管道内流体压力流量变化分析泄漏,由于采用的技术路线不同,就有了不同的方法之说。因为管道输送流体 是在约束条件下进行的,一旦发生泄漏,总要伴随着约束体内压力、流量的改变。流体流动要消耗能量,流量的改变必然伴随有压力的改变,没有压力变化的流量改 变是不存在的,但是,没有流量改变的压力改变倒是存在的。所以,管道泄漏监测技术的共性问题归根到底是怎样分析流量和压力数据的问题
3.2泄漏监测与仪表的关系
      了解管道泄漏监测技术是以分析流量压力数据为前提的,对选择特别重要。如果泄漏了没有流量和压力信号的变化,系统是不会报警的,所以信号监测仪表是管道泄漏 监测系统第一位的硬件。泄漏监测系统要求的仪表信号是可靠、灵敏度高,精度不一定很高。可靠,指的是输出信号必须真实,是指信号输出必须是被测量的结果。 灵敏度高,是说信号必须及时反应被测量的实际变化,如果压力变送器引压管原油温度过低,造成小压力变化无输出、大压力变化输出很滞后,这样一般泄漏是报不了警的。所以,引压管道温度一定在凝固点以上,为了提高灵敏度,仪表量程一定不能大,最好与实际使用区间相符。
      管道泄漏监测分析的是管道内流体流动速度(流量、压力)的改变,所以,选择流量计时应该考虑采用根据容积变化输出信号的流量计。对于带有脉冲信号输出的流量 计,每个脉冲代表的流量应该尽可能的小。要尽量选择没有脉动输出的容积式流量计,流量计选择合适了,不仅单品种输送介质管道能监测,就连混输管道泄漏监测 也能成功。
3.3没有理想的技术,只有更好的技术
      理想管道泄漏监测系统是指有这么一种管道泄漏监测系统,装上它以后,管道没有发生泄漏他是不会报警的,一旦发生哪怕是非常微小的渗漏,都能立刻报警,而且定位精确,平时使用还不需要维护。
      和世间的所有事务一样,理想的东西是不存在的,所以它才被称为理想,也正因为如此,他才会成为人们的一种追求,我们总是知道,它是一个永远也不能实现、只能无限接近的目标。
      理想的管道泄漏监测技术是不存在的,但是,制定管道泄漏监测技术标准,衡量管道泄漏监测系统性能,应该以人们的理想作为方向。以理想为方向,我们才能不断进取,才能使我们的技术越来越好。
四、如何选择较好的管道泄漏监测技术
4.1建立判别是非的标准

      出 于商业原因,各厂家都把自己的技术说成是最好的,如何区别水平?没有比较就没有鉴别。所谓比较,就是拿一把公认的尺子去衡量每一个同类物件。但是现在还没 有一把这样的尺子—这就是标准。因为没有标准,导致了人们认识的混乱和无所适从。在这里,我们暂以各家宣传和用户关心的误报警、漏报警、定位误差和灵敏度 四项指标作为共同判别的标准。我们知道,作为标准的技术指标必须具有客观合理性。这些指标必须具备科学性、唯一性、可以验证性,只有符合这三性的技术指标 才是真实可信的,在此基础上判别指标的高低才有意义。
4.2 通过误报警指标筛选技术
      技术指标的解释往往起决定性的作用。什么叫误报警?我们都知道,作为管道泄漏监测系统,只有管道泄漏了才能报警,否则报泄漏就是误报警。比如美国石油学会标准API 1155对误报警的判别规定,是以次/年误报警来衡量的,这个指标具有唯一性,是符合统计规律的指标,按该指标衡量的误报警次数简单明了,用户可以考核验证;国内一般厂家用误报率百分数表示误报警,这种方法用户没法考核,厂家自己可以随意解释,在实践中,如果一条管道10年都不泄漏,且10年里该泄漏监测系统有一次误报警,那误报警率就是100%,这显然是不符合人们对客观事物规律的认识自然法则,是不科学、不合理,不能实现的指标,所以这种指标只不过是一种推销产品的宣传,事实上该技术等于没有误报警指标,这种连厂商自己都说不请楚到底有多少误报警的技术,自然水平不会高。
4.3 通过漏报警指标看技术本质
      和上面的提法相似,给出一个漏报率百分数,事实上这个数并不合理。至于说某个监测系统没有漏报警更是违背客观规律的说法。可以说,所有的泄漏监测技术100% 的有漏报警。道理很简单,一是信号小到一定程度就报不了警,再一个就是仪表、通讯网络、电源、计算机、线路、操作等等因素,只要有一种不利因素出现在泄漏 时刻,都会出现漏报警,而这些因素的控制往往并不决定于供应商,供方用这种不能控制的因素产生的结果作为技术指标提供给用户,显然是不科学、不严肃的,这 样说只不过是一种不负责任的广告宣传。所以,该指标在API 1155里就没有,可以这样说,以漏报警率作为指标的系统,是不可信的;
4.4 通过定位误差指标看技术类别
      定位分为两种方式,一种方式是人工寻找曲线拐点的定位,它的误差取决于人工识别能力和计算机的数据采集密度以及时间的同步、原始波速的测量准确程度,后几个问题都是常识性的,几乎没有人解决不好。使用中的定位误差发生在人工识别拐点上。所以说,这种方式的定位误差是人的识别能力造成的,不是系统功能。这 样的系统显然没有真正的系统定位误差指标,把人的识别能力说成是系统功能不仅不科学、不合理,还混淆了是非,这样说的厂家,一定是自动定位问题还没有解决 好的厂家,这样的系统不管怎么说也是人工泄漏监测系统;
      另一种是自动定位,一旦泄漏,由系统自身定位数值输出,不需要人工干预,这样的系统才有真实的系统定位指标、这样的系统是自动监测系统。
4.5通过灵敏度指标看系统的技术的可信度
      灵敏度(或称敏感度)—是指泄漏监测系统报警响应的敏感程度,该指标以泄漏导致仪表信号变化占仪表量程的百分数表示,因为只有这样的零敏度指标才是可以考核 检验的指标,也是符合三性的指标。如果宣传灵敏度指标是实际泄漏量的多少,那该指标必然是不可信的,因为泄漏监测系统分析的是信号,而泄漏量大小比例和信号大小比例并不是一回事,还有人把零敏度指标拉很宽一个区间,那就说明它没有一个可以让人确信的灵敏度指标。
4.6 通过宣传资料看技术水平
      上面,我们从技术指标上分析了如何看待一种技术。应该说,在市场经济的今天,卖东西的人夸大其词本来是不足为怪的事,但凡事都应该有一个限度,指鹿为马我们必竟不能认为就是马。作为消费者,我们大概可以从以下几个方面判别管道泄漏监测系统技术的实际水平。
4.6.1从技术指标上看真伪
      利用上面说的技术指标概念,很容易看出某项管道泄漏监测技术的实际水平,技术指标的比较必须遵循同一标准,把人的操作识别能力和计算机判断结果放到一起,说成是同样的指标,显然是没有道理的。
4.6.2区别系统的类型
      时下,动态管道泄漏监测系统分两类,一类是自动监测系统,全自动报警定位系统—是指不需要人工参与报警和排除误报警,也不需要人工参与定位,报警和定位全由监测系统自动完成的监测系统;
      另 一类是靠人工排除误报警,且在泄漏后靠人工寻找曲线拐点定位的人工操作系统。我们知道,管道泄漏监测系统的主要功能就是识别泄漏和定位,但这类系统往往并 不说这关键的两项功能是靠人来实现的,态度诚实点的,说是“人工辅助的全自动报警定位系统”,这里还把关键功能说成了“辅助”,这已经是很不错的了,一般 的根本不说人工操作的事。当你用上以后,他就说哪家都是这样的!
      这类系统的宣传材料上往往讲了许多大道理,让你误以为他的管道泄漏监测系统真是靠那些道理做出来的,唯独解释不了的是:为何在实际使用中还要靠人工识别泄漏和定位?
      还有的东拼西抄,看人家怎样说的,自己照抄不误,结果整个宣传材料漏洞百出……。
      识别不同系统的方法就是多想多问多看,根据问的结果去查对核实,问就是直接问怎么排除误报警怎么定位的,如果讲了好多道理就是先不谈实质问题,你就应该知道是怎么回事了。对用户来说,道理并不重要,使用效果才是第一需要。
4.7泄漏监测系统技术不宜通过招标采购
      管道的情况千差万别,同一个技术,用在不同管道上结果差异非常大,在准备购买管道泄漏监测系统时,怎样正确地选择适合自己的技术?很多单位采用招标方式采购 管道泄漏监测系统。事时上,在大多数技术不成熟、没有统一标准、没有同样可比技术或不好辨别的情况下,采用招标的方法显然是不合理地。一般招标分技术标和 商务标,从技术标角度看,如果还不知道技术的好坏不同,那就有必要先搞清楚再招标,如果知道了技术的不同,找到了适合自己且没有可比的技术,通过招标方式有可能失去采购合适技术的机会,对于商务标,占分数比例更大的往往是价格,如果是技术含量很高的、没有可比的技术,开发成本一般也比较高,价格自然也会高,而采用简单图形化软件编程的一般技术,一个未接触过的外行人有一周的时间边学习边开发也能完整的开发出一套泄漏监测系统软件,这样的技术,成本自然很低,而且真的不比一般技术差。通过商务标竞价,这类技术肯定有优势,而价格高的好技术必然落选。结果必然是没多花钱买有用的好东西,却少花钱买了没有用的东西。所以,对于一项没有可比的同样技术,是不宜采用招标方式采购的。
4.8选择适合自己的管道泄漏监测系统技术
4.8.1摆擂台、选技术

      有一个简单可靠的方法,那就是采用实际对比的方式。国内已经有人这样做了,让多家国内外技术去做同一段管道、去实验,时间就会证明一切,同条件下一比就都清楚了。其实很简单,让那些愿意比较的厂家都到你那里去,采同一个仪表的信号,监测同一条管线,不要他们在现场服务,你自己观察效果,自己组织放油试验,选出好的技术留下,落选的自行拆走,自然就选择出好技术了。技术比对招标方法:
1、前期广泛了解全世界范围内的泄漏监测技术的类别和具体厂家;
2、确定合格厂家进行应用客户的第三方走访调查;
3、最终确定邀请测试厂家进行同一管道条件下的测试;
4、测试效果优异者中标。

4.8.2 听其言、观其行、查其物
      听其言:就 是听厂家怎么说,如果讲不出自己的技术特点,或以虚假指标作宣传,那技术一定不是好的,如果他的说明材料讲的话没有科学道理,很可能就是以假乱真,比如说 定为误差指标只有几十米,实际给出的定位公式却是业内公知、国外定位误差为数公里的公式,这种公式的含意可能在他们自己都不明白的时候,就敢抄下来作为自 己高精度指标的证明条件来宣传,技术能是真的么?
      观其行:如果有同台打擂比武的机会不敢比试,那就说明自知技术不先进,如果再采用各种手段企图拆散擂台,那就说明不仅是技术不行,可能还有其他问题;
      查其物:就是看厂家报价与实物的关系,是否合理。如果把硬件简单组合包装,然后加价报出,那一定是没有多少技术含量的技术。因为管道泄漏监测技术是物化在软件里的技术劳动成果,硬件各家都差不多,决定系统功能的是软件。没有多少软件技术含量只能靠硬件假包装的做法本身就说明它拿不出什么技术作为卖点。
4.8.3透过现象看本质
      假的东西一般都是戴着假面具,揭开面具就能看出本来的面目。管道泄漏监测技术只有两类,一类是全自动识别泄漏和定位的技术,一类是靠人工识别泄漏和定位的技术。如果本来是人工识别泄漏和定位的技术,在自己的宣传材料中根本不提靠人工识别泄漏和定位,这种技术的真伪就不用考究了。

五、综  述
      管道泄漏监测系统目前市场需求比较广阔,应用领域不断扩展,不仅仅是石油石化行业,其他行业的需求也呈明显上升趋势,例如:工业原材料的管输介质;有污染的废气废水密闭输送;城市水、气、暖管网的监测等等。管道与管道之间的差异是很大的,就算是首末站一样、管径一样的两条管道,在输送介质时也会有差异,所以说,没有哪一种管道泄漏监测系统能够广泛的适应所有管道的输送流程。我们在选择管道泄漏监测系统时,要根据自己管道的实际情况,去选择正确合适的监测系统,去量身定制合适的管道泄漏监测系统,才能真正在管道运行过程中起到保驾护航的作用。
      通 过自身选择使用的经历,我们看到,我国科技人员多年来不断在该领域的钻研和探索,已经取得了令人鼓舞的成绩,与国外该项技术相比,我们的技术处于明显领先地位!我们更加相信,随着管道泄漏监测系统的大范围应用,因管道泄漏造成的重大恶性环境污染、安全事故、国家和人民财产损失的情况会有明显改善,在有利保 障经济效益的同时,创造了更大价值的社会效益!

 

► 如果本文对您有帮助,请分享给您的朋友!


【提示】:
1.更多好资料,尽在 
www.hb-qg.com  “找资料”栏目。
2.国内设备和现场管理相对专业、高质的互动交流Q群,群名:中国设备管理 Q群号: 283752911


关于我们 | 联系我们

版权所有:成都华标企业管理咨询有限公司
备案号:蜀ICP备12004850号
技术支持:成都顶呱呱