石油管道監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設計

摘要：結(jié)合石油管道在實際應用中存在的問題，通過分析常用的石油管道監(jiān)測技術，研究和設計了一種石油管道監(jiān)測系統(tǒng)。論述了石油管道監(jiān)測系統(tǒng)的3種功能，即管道泄漏監(jiān)測功能、管道變形監(jiān)測功能、管道視頻監(jiān)測功能。設計了硬件系統(tǒng)總體結(jié)構，包括服務器(主控系統(tǒng))、客戶終端、通信網(wǎng)絡、傳感器，以及軟件系統(tǒng)總體結(jié)構，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)庫服務器模塊、監(jiān)測與定位模塊、通信接口模塊、人機界面模塊和客戶端模塊。通過建立石油管道監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動的監(jiān)測報警與定位，保證了石油管道的正常運行。
關鍵詞：石油管道；監(jiān)測；系統(tǒng)；智能化；硬件；軟件

石油管道是我國重要能源物資運輸?shù)囊粋€重要方面，是國民經(jīng)濟的動脈，在國民經(jīng)濟建設和國防建設中發(fā)揮著不可替代的作用。近年來，隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，國家對石油管道的依賴性逐漸提高，政府對管道的監(jiān)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(jiān)測是保證石油管道正常運行的重要保障之一，它的主要任務就是監(jiān)測管道是否有泄漏，管道泄漏的主要原因有兩個方
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發(fā)現(xiàn)，不但會造成較大的直接經(jīng)濟損失，也使管道的安全性出現(xiàn)重大隱患；另一方面是管道時時刻刻都會受到因地震、洪水、滑坡等引起的大地移動、地貌變化、非法的管道占壓和分流的影響和自然災害，如果沒有監(jiān)測手段及時發(fā)現(xiàn)，后果將不堪設想。除了監(jiān)測泄漏之外，還需要監(jiān)測管道是否變形等情況，或通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)的研究與應用成為油田亟待解決的問題，研究設計石油管道監(jiān)測系統(tǒng)是必要的，先進的管道監(jiān)測技術可以及時發(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)濟效益和社會效益。

1 石油管道監(jiān)測系統(tǒng)概述
石油管道監(jiān)測技術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(jiān)測系統(tǒng)。一般地，管道監(jiān)測方法有3類，包括生物法、硬件法、軟件法。
1)生物法 石油管道的生物監(jiān)測方法是一種傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，主要是利用用人或經(jīng)過訓練的動物沿管線行走查看管道附近的異常情況、聞管道中釋放出的氣味、聽聲音等。這種方法的優(yōu)點是直接準確，缺點是實時性差，耗費大量的人力。
2)硬件法 石油管道的硬件監(jiān)測方法主要有直觀監(jiān)測器、聲學監(jiān)測器、氣體監(jiān)測器、壓力監(jiān)測器等。①直觀監(jiān)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聲學監(jiān)測器是指當泄漏發(fā)生時流體流出管道會發(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，聲音監(jiān)測器檢測出這種波而發(fā)現(xiàn)泄漏。③氣體監(jiān)測器是指使用便攜式氣體采樣器沿管道行走，對泄漏的氣體進行檢測。
3)軟件法 石油管道軟件監(jiān)測方法是指利用軟件系統(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、動力模型和壓力點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(jiān)測技術比較成熟，并得到了廣泛的應用，有的監(jiān)測系統(tǒng)還提供先進的圖形識別功能。
目前國內(nèi)油田長距離石油管道大多數(shù)沒有安裝監(jiān)測系統(tǒng)，主要靠人工沿管線巡視，管線運行數(shù)據(jù)靠人工讀取，這種情況對管道的安全運行十分不利。國內(nèi)石油管道監(jiān)測技術的研究始于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(nèi)在這一方面進行研究的大學或機構有清華大學自動化系、天津大學精密儀器學院、北京大學、石油大學等。

2 石油管道監(jiān)測系統(tǒng)功能設計
石油管道監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能包括3方面：管道泄漏監(jiān)測功能；管道變形監(jiān)測功能；管道視頻監(jiān)測功能。
2．1 管道泄漏監(jiān)測功能
管道泄漏監(jiān)測功能要求有2個方面：1)監(jiān)測管道是否泄漏，2)要求精確定位泄漏地點。監(jiān)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(jiān)測元件一般包括檢漏線纜或油敏感元件，這種方法可以檢測到微小的滲漏，并能定位，要求在管道建設時與管道同時安裝。
2)間接法 間接法是指通過檢測管道運行參數(shù)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(jiān)測功能
管道變形監(jiān)測功能就是監(jiān)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(xiàn)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，管道可能發(fā)生拉伸斷裂；3)管道存在附加壓縮應變時，則可能發(fā)生屈曲破壞。
國內(nèi)外眾多研究表明，管道變形問題如果不能實時掌控，其后果可能是災難性的，嚴重的可以使管道泄漏或斷裂，進而對人身安全構成威脅或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生長期的不良影響。實時了解和掌握地質(zhì)災害對管道影響的程度和發(fā)展趨勢，并據(jù)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、天然氣管道長期安全、經(jīng)濟運行的必要環(huán)節(jié)。