石油管道監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設計

摘要：結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)總體結構，包括服務器(主控系統(tǒng))、客戶終端、通信網絡、傳感器，以及軟件系統(tǒng)總體結構，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)，能夠實現(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，是國民經濟的動脈，在國民經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，聲波按照管道內流體的物理性質決定的速度傳播，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，并在生產中發(fā)揮作用。國內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，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)測石油管道是否產生形變。引起管道變形的主要原因有地質災害、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對環(huán)境產生長期的不良影響。實時了解和掌握地質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、經濟運行的必要環(huán)節(jié)。