石油管道監測系統的研究與設計

摘要：結合石油管道在實(shí)際應用中存在的問(wèn)題，通過(guò)分析常用的石油管道監測技術(shù)，研究和設計了一種石油管道監測系統。論述了石油管道監測系統的3種功能，即管道泄漏監測功能、管道變形監測功能、管道視頻監測功能。設計了硬件系統總體結構，包括服務(wù)器(主控系統)、客戶(hù)終端、通信網(wǎng)絡(luò )、傳感器，以及軟件系統總體結構，包括數據采集模塊、數據庫服務(wù)器模塊、監測與定位模塊、通信接口模塊、人機界面模塊和客戶(hù)端模塊。通過(guò)建立石油管道監測系統，能夠實(shí)現全自動(dòng)的監測報警與定位，保證了石油管道的正常運行。
關(guān)鍵詞：石油管道；監測；系統；智能化；硬件；軟件

石油管道是我國重要能源物資運輸的一個(gè)重要方面，是國民經(jīng)濟的動(dòng)脈，在國民經(jīng)濟建設和國防建設中發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的持續發(fā)展，國家對石油管道的依賴(lài)性逐漸提高，政府對管道的監管力度也逐漸加大，因此管道的正常運行涉及到方方面面的利益。石油管道監測是保證石油管道正常運行的重要保障之一，它的主要任務(wù)就是監測管道是否有泄漏，管道泄漏的主要原因有兩個(gè)方
面：一方面是人為非法打孔盜油所造成的油氣泄漏，這些泄漏如果不能及時(shí)發(fā)現，不但會(huì )造成較大的直接經(jīng)濟損失，也使管道的安全性出現重大隱患；另一方面是管道時(shí)時(shí)刻刻都會(huì )受到因地震、洪水、滑坡等引起的大地移動(dòng)、地貌變化、非法的管道占壓和分流的影響和自然災害，如果沒(méi)有監測手段及時(shí)發(fā)現，后果將不堪設想。除了監測泄漏之外，還需要監測管道是否變形等情況，或通過(guò)視頻監控系統監控石油管道周邊的情況，以便判斷管道安全是否受到外界潛在的威脅。因此，石油管道監測系統的研究與應用成為油田亟待解決的問(wèn)題，研究設計石油管道監測系統是必要的，先進(jìn)的管道監測技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現泄漏，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)濟效益和社會(huì )效益。

1 石油管道監測系統概述
石油管道監測技術(shù)在國外得到了廣泛的應用，發(fā)達國家立法要求管道必須采取有效的監測系統。一般地，管道監測方法有3類(lèi)，包括生物法、硬件法、軟件法。
1)生物法 石油管道的生物監測方法是一種傳統的監測方法，主要是利用用人或經(jīng)過(guò)訓練的動(dòng)物沿管線(xiàn)行走查看管道附近的異常情況、聞管道中釋放出的氣味、聽(tīng)聲音等。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是直接準確，缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)性差，耗費大量的人力。
2)硬件法 石油管道的硬件監測方法主要有直觀(guān)監測器、聲學(xué)監測器、氣體監測器、壓力監測器等。①直觀(guān)監測器是指利用溫度傳感器測定泄漏處的溫度變化。例如，用沿管道鋪設的多傳感器電纜等。②聲學(xué)監測器是指當泄漏發(fā)生時(shí)流體流出管道會(huì )發(fā)出聲音，聲波按照管道內流體的物理性質(zhì)決定的速度傳播，聲音監測器檢測出這種波而發(fā)現泄漏。③氣體監測器是指使用便攜式氣體采樣器沿管道行走，對泄漏的氣體進(jìn)行檢測。
3)軟件法 石油管道軟件監測方法是指利用軟件系統提供的流量、壓力、溫度等數據，通過(guò)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泄漏。發(fā)達國家非常重視輸油管道的安全運行，管道泄漏監測技術(shù)比較成熟，并得到了廣泛的應用，有的監測系統還提供先進(jìn)的圖形識別功能。
目前國內油田長(cháng)距離石油管道大多數沒(méi)有安裝監測系統，主要靠人工沿管線(xiàn)巡視，管線(xiàn)運行數據靠人工讀取，這種情況對管道的安全運行十分不利。國內石油管道監測技術(shù)的研究始于20世紀90年代，但近幾年才真正取得突破，并在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。國內在這一方面進(jìn)行研究的大學(xué)或機構有清華大學(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。

2 石油管道監測系統功能設計
石油管道監測系統的主要功能包括3方面：管道泄漏監測功能；管道變形監測功能；管道視頻監測功能。
2．1 管道泄漏監測功能
管道泄漏監測功能要求有2個(gè)方面：1)監測管道是否泄漏，2)要求精確定位泄漏地點(diǎn)。監測石油管道是否泄漏的方法主要有2種：直接法和間接法。
1)直接法 直接法是指利用預置在管道外的檢測元件直接測出泄漏介質(zhì)，這種監測元件一般包括檢漏線(xiàn)纜或油敏感元件，這種方法可以檢測到微小的滲漏，并能定位，要求在管道建設時(shí)與管道同時(shí)安裝。
2)間接法 間接法是指通過(guò)檢測管道運行參數的變化推斷出泄漏的發(fā)生，例如檢測壓力、流量等，這種方法的靈敏度不如直接方法高，有較大泄漏時(shí)較明顯，可在管道建成后不影響生產(chǎn)的情況下安裝，并可不斷升級。
2．2 管道變形監測功能
管道變形監測功能就是監測石油管道是否產(chǎn)生形變。引起管道變形的主要原因有地質(zhì)災害、人為破壞、氣溫變換等。管道變形的表現形式包括：1)管道的軸向應變和彎曲應變增加，從而影響管道的縱向強度；2)管道存在嚴重的環(huán)向缺陷和附加拉伸應變時(shí)，管道可能發(fā)生拉伸斷裂；3)管道存在附加壓縮應變時(shí)，則可能發(fā)生屈曲破壞。
國內外眾多研究表明，管道變形問(wèn)題如果不能實(shí)時(shí)掌控，其后果可能是災難性的，嚴重的可以使管道泄漏或斷裂，進(jìn)而對人身安全構成威脅或對環(huán)境產(chǎn)生長(cháng)期的不良影響。實(shí)時(shí)了解和掌握地質(zhì)災害對管道影響的程度和發(fā)展趨勢，并據此制定相應的工程處理措施和應急預案，保證管道的完整性，是石油、天然氣管道長(cháng)期安全、經(jīng)濟運行的必要環(huán)節。