中油管道物资装备有限公司 河北廊坊 065000
摘要：最近的几年中我国社会经济发展速度越来越快，对于能源的需求量也越来越大，尤其是石油、天然气资源。管道是油气运输中的主要运输工具之一，有着自身独特的优势，但是在实际的管道运输过程中还会受到人为因素、自然因素等影响，发生管道泄漏现象，造成周边环境的污染和人们财产的损失。本文主要阐述了分布式光纤油气长输管道泄漏监测及预警技术的研究和分析。
关键词：分布式光纤长输管道;泄露监测及预警技术
管道运输有着优异的安全性和经济性，应用的十分广泛。想要进一步的保障管道运输的安全、可靠，就要重视管道的泄漏监测和预警技术。
1工作原理
长输管道一般口径大，压力高，管道泄漏后不能及时发现，油气泄漏量大。单纯依靠增加人力，加大巡线力度，虽然能起到一定作用，但无疑是盲目的和被动的。
1.1系统功能实现依据
根据流体力学理论，当管道某点发生泄漏时，泄漏点必然会产生一个相应的负压力流，并将通过传输的介质按一定规律向两端传输。
1.2系统工作原理
当油气管道某一点发生泄漏时，泄漏点处由于管道内外的压差，流体迅速流失，在泄漏点处的压力迅速下降，同时以一定的速度向两端传播。泄漏速度越快，压力下降幅度越大，反之亦然。本系统采用监测泄漏点瞬态负压波的方法实现管道的泄漏定位。定位公式可简单地表示为：
X=（L+aΔt）/2
其中：
a-负压波在管道中的传播速度，m/s;
Δt-两个监测点接收负压波的时间差，s;
L-所监测的管道长度，m;
X-泄漏位置与所测管道起点的距离，m。
实际上，负压波在管道中的传播速度受其中传播介质的弹性、密度、介质温度及管材等实际因素的影响。
2提取分析监测及预警信号
油气运输管道一般情况都是埋在地下。油气管道一般的输送距离都比较长，需要经过的地理环境相对比较复杂。分布式光纤油气长输管道泄漏及预警系统中的核心技术就是模式识别，而模式识别模块中提出监测信号中的特征向量并对其进行对比是其重要的环节。提出特征向量经常应用的三种技术为多尺度的混沌特性、小波包分解、经验模态分解。以上三种技术在使用时多少有所区别，但是无论使用哪种方法，监测信号特征向量的本质就是多个特征值构成的向量对问题进行描述，将监测信号由一维数据转换为n维空间向量。系统识别的监测信号质量和特征向量的好坏有着直接的影响。不同监测信号特征进行提取是研究的主要工作，想要满足实际生产过程中系统识别需求，就要对多种监测信号特征技术及向量研究和分析。目前我们能够已知的对管道泄漏产生威胁的影响因素还是比较有限的，随着科技的不断发展进步，可以根据实际的情况对影响管道泄漏的因素进行补充。未来的发展中多种有效监测信号特征提取技术的前景十分广阔，实际生产中对于系统识别方法的需求也会越来越多。
3对分布式光纤油气长输管道泄漏监测及预警技术机理的研究分析
光纤传感器的研究到目前为止已经经历了很多年，光纤传感器的种类也多种多样，随着科技的不断进步，新型的光纤传感器也在研制当中。目前光纤传感器在多领域中都得到了广泛的应用，发展潜力巨大。光纤作为光波传输的重要媒介，在传输的过程中有着属于自己的特征和参数，随着外界的影响，其波长、振幅、相位、偏振态等都会产生直接或者间接的变化。
因此光纤在对各种待测量物进行监测的时候，可以当作传感器使用，分布式光纤传感器的定位精度高、探测灵敏度强，在管道泄漏监测及预警技术应用中有着良好的发展前景，是目前我国研究的重要课题之一。光纤传感器从传感机理上可以分为两种类型，一种为相位型，一种为振幅型。相位型光纤传感器的工作原理是在待测物理场的作用下，一段相干光在单模光纤中进行传输，就会产生相位的调制，相位型光纤传感器从理论上分析，比一般的传感器灵敏度更高，同时传感的物理量因为光纤上面涂层发生改变随之产生变化。
4现场应用
某管径为711mm的长输管道长度约278.4km，管径为610mm的长输管道长度约167.5km。由于沿途地形复杂，外部环境差，加之不法分子在长输管道上打孔盗油日益猖獗，输油管道的维护耗用了大量的人力、物力。该长输管道起点为1号站，未站为4号站，管道采用三层PE防腐。系统一共分为14个管段进行分段监测，每段工作最低压力要求为0.2MPa，泄漏监测系统对管线发生的泄漏能进行自动监测报警并定位泄漏点。目前负压波法设置的报警阈值分别为当前管段平均压力的5‰（启输状态），当前管段平均压力的3‰（停输状态）。流量平衡法设置的报警阈值如下表所示：
报警类别 报警等级 累积时间 报警限值（以管段体积为基数）
秒钟 严重报警 30秒钟 0.005%
分钟 中等报警 20分钟 0.01%
小时 微小报警 2小时 0.03%
该管道泄漏监测系统压力采集点设置在各站进出站压力、5座RTU阀室、5座单向阀室及某号阀室的上、下游侧共计28个。流量采集点设置在1号站、2号站、3号站站和4号站站共4处。
为了验证目前在用的泄漏监测系统的报警灵敏度和定位准确性，进行了放油测试，现场测试结果如下表所示：
管段测试管段长度：57.12km，测试点距离上站距离：67.9km，上站出站压力：3.72MPa，下站进站压力：2.08MPa测试点压力：2.85MPa当前瞬时管输量：1013m3/h;管道输送介质：原油，介质密度：0.86kg/m3。
测试的结果表明取的压力数据存在较为严重的延迟和数据不刷新情况，进站压力数据刷新延迟和不刷新的现象还造成了放油测试时出现了多个拐点的情况，这对于系统计算也造成了很大干扰，使系统无法准确进行定位。
5泄漏监测系统应用经验总结
①校对关键参数，提高定位精度。我们在努力提高泄漏监测系统灵敏度的同时，想方设法提高系统定位精度;
②由泄漏监测定位原理和计算公式可知，监测点接收压力波的时间差△t、管段距离L及声波在介质中的传播速度是监测定位应用中关键的三个参数;
③规范管理，强化日常训练，提高应用技能。泄漏监测工作标准化。对管道压力发生异常变化，调度如何开展分析、定位、汇报、记录等工作进行规范，将泄漏监测系统定位操作标准化。保证了每个调度在压力监测工作中采用的都是规定动作，确保了工作标准的统一。
6结束语
①通过长输管道泄漏监测技术的应用，能够及时发现阀门偷油，打孔盗油，降低了抓偷反盗工作强度，提高了工作效率，有效的避免和减少了损失;
②长输管道泄漏监测技术的应用，实现了长输管道的在线实时监测，标志着自动化水平的进一步提高。
参考文献
[1]刘莹.基于瞬变反问题分析的燃气管道泄漏监测研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.
[2]郭瑾.基于水力瞬变分析的输油管道泄漏监测方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015.