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        如何正確選擇管道泄漏監測系統
        文: 雍建明 中國石油大港石化分公司治安中心 

         

         
        【摘要】:本文針對我國管道泄漏監測系統現場使用中遇到的選擇難問題,從公認的主要技術指標入手,深入地分析了各種實時監測系統的共性和差異,提出了識別不同技術的方法,回答了如何選擇適合自己的管道泄漏監測技術問題。
        關鍵詞:管道泄漏  技術指標  選擇

        一、概  述
              石油是不可再生的重要戰略資源,如果把石油比作關乎國計民生的 “工業血液”,那輸油管道就可被譽為保障“血液”安全通暢的大動脈。管道運輸憑借其安全、高效、節能、環保等特點,在國民經濟發展中起著舉足輕重的作用。
              統計數據顯示,2006年末,全國輸油(氣)管道里程為48226公里,比2002年增長62.0%,年均增長12.8%。業內專家指出,由于近年來國內獲得多個油氣大發現,全國性的油氣管網將作為未來油氣運輸的重要保障。而西部原油管道的投產加上其他油氣管線的動工興建充分表明,我國油氣管道業已進入一輪大發展期。根據《天然氣管網布局及“十一五”發展規劃》,2006~2010年,我國將基本形成覆蓋全國的天然氣基干管網。未來兩年需修建4萬公里。這意味著,隨著我國對能源問題的認識不斷加深,油氣管道這一國家級的公共基礎設施建設會大大提速。國家發改委能源局近日透露,到2010年,我國擁有油氣管道總里程將超過10萬公里,油氣管道的安全問題也一直為人們所關注。管道運行管理的核心是“安全和經濟”。近年來,受各種因素的影響,管道的安全運行和維護受到了威脅和挑戰。使用先進的科學手段建立管道安全預報警體系,對管道泄漏事故進行實時監測,確保管道安全運行,有著十分重要的意義。
              國內研制開發管道泄漏動態監測技術的高等院校、科研院所和企事業單位很多,涌現出大量的科研成果和無數篇論文,因為技術尚在開發期,還未形成一個本行業可以遵循的標準,所以,無論技術理論還是市場競爭都處在百家爭鳴的階段。從全國應用市場看,盡管許多管道都安裝了管道泄漏監測系統,但真正能夠有效應用于生產 實踐的技術少之又少。對于什么叫好的技術,人們的理解差異相當大,選擇不當造成的不良后果的例子屢見不鮮。為了尋找適合自己的先進技術,人們想了許多辦 法,諸如查資料、參展會、技術交流、現場考查、招標采購等,幾乎能想的辦法都想了,結果裝上的系統還是誤報率高,無盜油時經常報警,真盜油時不報警;沒有辦法只能靠人工排除誤報警和識別泄漏,還是沒有擺脫自動定位沒有價值的圈子,不得已只能手工定位。
              由于沒有統一的標準,各家的廣告宣傳指標高的驚人,就靈敏度、誤報、漏報和定位四項關鍵指標而言,同一指標不同的監測系統實際使用的結果有時甚至是完全相 反。造成安裝多、效果差、投資大、用戶想找適用的技術又找不到的怪現象。為了保護油氣輸送管道,尋找一種真正可靠、先進的技術,變得日益緊迫。
              面對這種復雜的局面,如何尋找到更好的技術,就不是簡單幾句話就能說明白的事,下面,我們就逐步探討這個問題。
        二、管道泄漏監測技術初探
        2.1 綜合知識要解決的兩個關鍵問題

              管道泄漏監測報警定位技術是非常專業的領域,整套系統涉及多專業、多學科的學術和技術。例如:水力學、數學、工業自動化、儀器儀表、機械設計、工程安裝、計算機軟硬件、油氣儲運、集輸等等方面…..。所有這些,都與做好管道泄漏監測密切相關。歸根結底,動態管道泄漏監測要解決的問題其實只有兩個,一個是正確的識別出什么是泄漏,另一個就是這種事件到底是何時發生的。
              關鍵是能否正確識別出泄漏!過 去,人們有一種誤區,認為管道泄漏了能否報警是關鍵問題。其實,泄漏報警并非難事,難的是沒有泄漏別報警。往往是為了泄漏要報警,搞得沒有泄漏經常報警, 總喊狼來了,狼真的來了還有誰相信?世界上所有的動態管道泄漏監測系統都在設法解決這個問題,這已經成了衡量系統性能的關鍵指標。之所以困難,是因為不知 道什么是泄漏,沒有智能。所以說,管道泄漏的關鍵技術問題是系統能否正確的識別出什么是泄漏。
              接下來的就是定位的問題了。由于人們希望定位準確,所以把定位誤差作為一個重要技術指標,往往誤差大了,以為是定位方法有問題。其實,定位方法遠在管道泄漏技術出現以前就有了,其正確性是毋容質疑的。是什么問題影響了定位?是不能準確的知道泄漏時刻和泄漏前后的數據。
              該領域發展至今,雖然不斷有新的技術推出,整體上看,國內外還沒有出現非常理想的技術和產品,動態管道泄漏監測報警定位技術應是需要不斷探索的課題! 處在這樣一個時期,尋找一種較好的、能夠自動識別管道泄漏和定位的監測系統就更加困難。
        2.2國內外有代表性的管道泄漏檢測方法
              國內外都有人工巡線和管道內部檢測方法,由于不在本文探討范圍之內,不贅述。這里著重介紹管道外部動態泄漏監測技術。
        隨著自動化儀表、計算機技術的深入發展,各種動態監測技術也相繼出現,這些方法90%以上都是依據管道泄漏后流量和壓力改變這一自然規律提出來的。如:壓力點分析法、特性阻抗檢測法、互相關分析法、壓力波法、流量差監測法、管道瞬變模型法、統計法、人工智能法、光纜監測法等等。
        壓力點分析法
              壓 力點分析法可用于氣體、液體的多相流管道的監測。當管線處于穩定工況時,流體的壓力、速度和密度的分布是不隨時間變化的。當泵或壓縮機供給的能量變化時, 上述參數是連續變化的。當管道發生泄漏后,液體將過渡至新的穩態。過渡時間從幾分鐘到十幾分鐘不等,由動量和沖量定理確定。壓力點分析法檢測流體從某一穩 態過渡到另一穩態時管道內流體壓力、速度和密度的變化情況,來判斷是否包含有泄漏信號。
        特性阻抗檢測法
              由傳感器構成的檢漏系統可隨時檢測到管道微量原油的泄漏情況。傳感器采用多孔聚四氟乙烯樹脂作為絕緣材料。這種材料導電率、絕緣阻抗熱穩定性好、不易燃燒、化學穩定性好。當漏油滲入后,其阻抗降低,從而達到檢漏目的。
        互相關分析法
              設 上、下兩站的流量和壓力傳感器接收到的信號分別為x(t)、y(t)。兩個隨機信號x(t)和y(t)有互相關函數Rxy(t)。如果x(t)和y(t) 兩信號是同頻率的周期信號或包含有同頻率的周期成分,那么,即使t趨近于無窮大,互相關函數也不收斂并會出現該頻率的周期成分。如果兩信號含有頻率不等的 周期成分,則兩者不相關。
        壓力波法
              壓力波法是國內應用比較普遍的檢漏方法。當管線某點發生泄漏時,該點可視為向上、下游傳遞壓力的壓力源,同時向上、下游傳遞一個減壓波,表現為上站的出站壓力和下站的進站壓力分別下降。
        流量差監測法
              流量差法認為管道正常輸送時流量差是穩定的,泄漏后該値變大。
        管道瞬變模型法
              管道瞬變模型法是建立管道靜態和瞬態變化模型,用模型作為判別泄漏的依據。
        統計法
              1993年,Xue Jun Zhang首先提出了統計法檢漏的基本思想和算法,利用序列比識別泄漏的方法,具有誤報少,靈敏度高的特征。1995年,殼牌公司開發出了這種檢漏方法,到目前為止,該法仍被世界公認為是最先進的管道泄漏檢測方法。
        人工智能法
              人工智能的管道泄漏監測方法是由北京昊科航公司推出的一種嶄新的泄漏監測技術。這種方法認為管道工作過程中發生的各種情況都能從歷史和當前的流量、壓力波形 特征上分析出來,既然人工能分析出來,就可以把人工分析的方法變成計算機程序,從此為管道泄漏監測技術的發展開辟了一條新的道路。
        光纜監測法
              近幾年以來,隨著光通訊技術的進展,出現了利用光時域反射技術和功率監測技術原理開發的光纜動態監控系統技術,如果將光纜平行的附設在管道上,當有人為損壞 管道時,必然被光纜監測系統發現,由此實現了預警,一旦泄漏,漏失的油品必然也要改變光纜的環境壓力和溫度,同樣會為監測系統所發現。從已有的案例看,該 項技術用于管道泄漏監測有相當的局限性,尚處在初期研究階段。
        三、管道泄漏監測技術初探
        3.1 管道泄漏監測方法的共性問題

              從上面介紹的各種方法看,動態管道泄漏絕大部分都是利用管道內流體壓力流量變化分析泄漏,由于采用的技術路線不同,就有了不同的方法之說。因為管道輸送流體 是在約束條件下進行的,一旦發生泄漏,總要伴隨著約束體內壓力、流量的改變。流體流動要消耗能量,流量的改變必然伴隨有壓力的改變,沒有壓力變化的流量改 變是不存在的,但是,沒有流量改變的壓力改變倒是存在的。所以,管道泄漏監測技術的共性問題歸根到底是怎樣分析流量和壓力數據的問題。
        3.2泄漏監測與儀表的關系
              了解管道泄漏監測技術是以分析流量壓力數據為前提的,對選擇特別重要。如果泄漏了沒有流量和壓力信號的變化,系統是不會報警的,所以信號監測儀表是管道泄漏 監測系統第一位的硬件。泄漏監測系統要求的儀表信號是可靠、靈敏度高,精度不一定很高??煽?,指的是輸出信號必須真實,是指信號輸出必須是被測量的結果。 靈敏度高,是說信號必須及時反應被測量的實際變化,如果壓力變送器引壓管原油溫度過低,造成小壓力變化無輸出、大壓力變化輸出很滯后,這樣一般泄漏是報不了警的。所以,引壓管道溫度一定在凝固點以上,為了提高靈敏度,儀表量程一定不能大,最好與實際使用區間相符。
              管道泄漏監測分析的是管道內流體流動速度(流量、壓力)的改變,所以,選擇流量計時應該考慮采用根據容積變化輸出信號的流量計。對于帶有脈沖信號輸出的流量 計,每個脈沖代表的流量應該盡可能的小。要盡量選擇沒有脈動輸出的容積式流量計,流量計選擇合適了,不僅單品種輸送介質管道能監測,就連混輸管道泄漏監測 也能成功。
        3.3沒有理想的技術,只有更好的技術
              理想管道泄漏監測系統是指有這么一種管道泄漏監測系統,裝上它以后,管道沒有發生泄漏他是不會報警的,一旦發生哪怕是非常微小的滲漏,都能立刻報警,而且定位精確,平時使用還不需要維護。
              和世間的所有事務一樣,理想的東西是不存在的,所以它才被稱為理想,也正因為如此,他才會成為人們的一種追求,我們總是知道,它是一個永遠也不能實現、只能無限接近的目標。
              理想的管道泄漏監測技術是不存在的,但是,制定管道泄漏監測技術標準,衡量管道泄漏監測系統性能,應該以人們的理想作為方向。以理想為方向,我們才能不斷進取,才能使我們的技術越來越好。
        四、如何選擇較好的管道泄漏監測技術
        4.1建立判別是非的標準

              出 于商業原因,各廠家都把自己的技術說成是最好的,如何區別水平?沒有比較就沒有鑒別。所謂比較,就是拿一把公認的尺子去衡量每一個同類物件。但是現在還沒 有一把這樣的尺子—這就是標準。因為沒有標準,導致了人們認識的混亂和無所適從。在這里,我們暫以各家宣傳和用戶關心的誤報警、漏報警、定位誤差和靈敏度 四項指標作為共同判別的標準。我們知道,作為標準的技術指標必須具有客觀合理性。這些指標必須具備科學性、唯一性、可以驗證性,只有符合這三性的技術指標 才是真實可信的,在此基礎上判別指標的高低才有意義。
        4.2 通過誤報警指標篩選技術
              技術指標的解釋往往起決定性的作用。什么叫誤報警?我們都知道,作為管道泄漏監測系統,只有管道泄漏了才能報警,否則報泄漏就是誤報警。比如美國石油學會標準API 1155對誤報警的判別規定,是以次/年誤報警來衡量的,這個指標具有唯一性,是符合統計規律的指標,按該指標衡量的誤報警次數簡單明了,用戶可以考核驗證;國內一般廠家用誤報率百分數表示誤報警,這種方法用戶沒法考核,廠家自己可以隨意解釋,在實踐中,如果一條管道10年都不泄漏,且10年里該泄漏監測系統有一次誤報警,那誤報警率就是100%,這顯然是不符合人們對客觀事物規律的認識自然法則,是不科學、不合理,不能實現的指標,所以這種指標只不過是一種推銷產品的宣傳,事實上該技術等于沒有誤報警指標,這種連廠商自己都說不請楚到底有多少誤報警的技術,自然水平不會高。
        4.3 通過漏報警指標看技術本質
              和上面的提法相似,給出一個漏報率百分數,事實上這個數并不合理。至于說某個監測系統沒有漏報警更是違背客觀規律的說法??梢哉f,所有的泄漏監測技術100% 的有漏報警。道理很簡單,一是信號小到一定程度就報不了警,再一個就是儀表、通訊網絡、電源、計算機、線路、操作等等因素,只要有一種不利因素出現在泄漏 時刻,都會出現漏報警,而這些因素的控制往往并不決定于供應商,供方用這種不能控制的因素產生的結果作為技術指標提供給用戶,顯然是不科學、不嚴肅的,這 樣說只不過是一種不負責任的廣告宣傳。所以,該指標在API 1155里就沒有,可以這樣說,以漏報警率作為指標的系統,是不可信的;
        4.4 通過定位誤差指標看技術類別
              定位分為兩種方式,一種方式是人工尋找曲線拐點的定位,它的誤差取決于人工識別能力和計算機的數據采集密度以及時間的同步、原始波速的測量準確程度,后幾個問題都是常識性的,幾乎沒有人解決不好。使用中的定位誤差發生在人工識別拐點上。所以說,這種方式的定位誤差是人的識別能力造成的,不是系統功能。這 樣的系統顯然沒有真正的系統定位誤差指標,把人的識別能力說成是系統功能不僅不科學、不合理,還混淆了是非,這樣說的廠家,一定是自動定位問題還沒有解決 好的廠家,這樣的系統不管怎么說也是人工泄漏監測系統;
              另一種是自動定位,一旦泄漏,由系統自身定位數值輸出,不需要人工干預,這樣的系統才有真實的系統定位指標、這樣的系統是自動監測系統。
        4.5通過靈敏度指標看系統的技術的可信度
              靈敏度(或稱敏感度)—是指泄漏監測系統報警響應的敏感程度,該指標以泄漏導致儀表信號變化占儀表量程的百分數表示,因為只有這樣的零敏度指標才是可以考核 檢驗的指標,也是符合三性的指標。如果宣傳靈敏度指標是實際泄漏量的多少,那該指標必然是不可信的,因為泄漏監測系統分析的是信號,而泄漏量大小比例和信號大小比例并不是一回事,還有人把零敏度指標拉很寬一個區間,那就說明它沒有一個可以讓人確信的靈敏度指標。
        4.6 通過宣傳資料看技術水平
              上面,我們從技術指標上分析了如何看待一種技術。應該說,在市場經濟的今天,賣東西的人夸大其詞本來是不足為怪的事,但凡事都應該有一個限度,指鹿為馬我們必竟不能認為就是馬。作為消費者,我們大概可以從以下幾個方面判別管道泄漏監測系統技術的實際水平。
        4.6.1從技術指標上看真偽
              利用上面說的技術指標概念,很容易看出某項管道泄漏監測技術的實際水平,技術指標的比較必須遵循同一標準,把人的操作識別能力和計算機判斷結果放到一起,說成是同樣的指標,顯然是沒有道理的。
        4.6.2區別系統的類型
              時下,動態管道泄漏監測系統分兩類,一類是自動監測系統,全自動報警定位系統—是指不需要人工參與報警和排除誤報警,也不需要人工參與定位,報警和定位全由監測系統自動完成的監測系統;
              另 一類是靠人工排除誤報警,且在泄漏后靠人工尋找曲線拐點定位的人工操作系統。我們知道,管道泄漏監測系統的主要功能就是識別泄漏和定位,但這類系統往往并 不說這關鍵的兩項功能是靠人來實現的,態度誠實點的,說是“人工輔助的全自動報警定位系統”,這里還把關鍵功能說成了“輔助”,這已經是很不錯的了,一般 的根本不說人工操作的事。當你用上以后,他就說哪家都是這樣的!
              這類系統的宣傳材料上往往講了許多大道理,讓你誤以為他的管道泄漏監測系統真是靠那些道理做出來的,唯獨解釋不了的是:為何在實際使用中還要靠人工識別泄漏和定位?
              還有的東拼西抄,看人家怎樣說的,自己照抄不誤,結果整個宣傳材料漏洞百出……。
              識別不同系統的方法就是多想多問多看,根據問的結果去查對核實,問就是直接問怎么排除誤報警怎么定位的,如果講了好多道理就是先不談實質問題,你就應該知道是怎么回事了。對用戶來說,道理并不重要,使用效果才是第一需要。
        4.7泄漏監測系統技術不宜通過招標采購
              管道的情況千差萬別,同一個技術,用在不同管道上結果差異非常大,在準備購買管道泄漏監測系統時,怎樣正確地選擇適合自己的技術?很多單位采用招標方式采購 管道泄漏監測系統。事時上,在大多數技術不成熟、沒有統一標準、沒有同樣可比技術或不好辨別的情況下,采用招標的方法顯然是不合理地。一般招標分技術標和 商務標,從技術標角度看,如果還不知道技術的好壞不同,那就有必要先搞清楚再招標,如果知道了技術的不同,找到了適合自己且沒有可比的技術,通過招標方式有可能失去采購合適技術的機會,對于商務標,占分數比例更大的往往是價格,如果是技術含量很高的、沒有可比的技術,開發成本一般也比較高,價格自然也會高,而采用簡單圖形化軟件編程的一般技術,一個未接觸過的外行人有一周的時間邊學習邊開發也能完整的開發出一套泄漏監測系統軟件,這樣的技術,成本自然很低,而且真的不比一般技術差。通過商務標競價,這類技術肯定有優勢,而價格高的好技術必然落選。結果必然是沒多花錢買有用的好東西,卻少花錢買了沒有用的東西。所以,對于一項沒有可比的同樣技術,是不宜采用招標方式采購的。
        4.8選擇適合自己的管道泄漏監測系統技術
        4.8.1擺擂臺、選技術

              有一個簡單可靠的方法,那就是采用實際對比的方式。國內已經有人這樣做了,讓多家國內外技術去做同一段管道、去實驗,時間就會證明一切,同條件下一比就都清楚了。其實很簡單,讓那些愿意比較的廠家都到你那里去,采同一個儀表的信號,監測同一條管線,不要他們在現場服務,你自己觀察效果,自己組織放油試驗,選出好的技術留下,落選的自行拆走,自然就選擇出好技術了。技術比對招標方法:
        1、前期廣泛了解全世界范圍內的泄漏監測技術的類別和具體廠家;
        2、確定合格廠家進行應用客戶的第三方走訪調查;
        3、最終確定邀請測試廠家進行同一管道條件下的測試;
        4、測試效果優異者中標。

        4.8.2 聽其言、觀其行、查其物
              聽其言:就 是聽廠家怎么說,如果講不出自己的技術特點,或以虛假指標作宣傳,那技術一定不是好的,如果他的說明材料講的話沒有科學道理,很可能就是以假亂真,比如說 定為誤差指標只有幾十米,實際給出的定位公式卻是業內公知、國外定位誤差為數公里的公式,這種公式的含意可能在他們自己都不明白的時候,就敢抄下來作為自 己高精度指標的證明條件來宣傳,技術能是真的么?
              觀其行:如果有同臺打擂比武的機會不敢比試,那就說明自知技術不先進,如果再采用各種手段企圖拆散擂臺,那就說明不僅是技術不行,可能還有其他問題;
              查其物:就是看廠家報價與實物的關系,是否合理。如果把硬件簡單組合包裝,然后加價報出,那一定是沒有多少技術含量的技術。因為管道泄漏監測技術是物化在軟件里的技術勞動成果,硬件各家都差不多,決定系統功能的是軟件。沒有多少軟件技術含量只能靠硬件假包裝的做法本身就說明它拿不出什么技術作為賣點。
        4.8.3透過現象看本質
              假的東西一般都是戴著假面具,揭開面具就能看出本來的面目。管道泄漏監測技術只有兩類,一類是全自動識別泄漏和定位的技術,一類是靠人工識別泄漏和定位的技術。如果本來是人工識別泄漏和定位的技術,在自己的宣傳材料中根本不提靠人工識別泄漏和定位,這種技術的真偽就不用考究了。

        五、綜  述
              管道泄漏監測系統目前市場需求比較廣闊,應用領域不斷擴展,不僅僅是石油石化行業,其他行業的需求也呈明顯上升趨勢,例如:工業原材料的管輸介質;有污染的廢氣廢水密閉輸送;城市水、氣、暖管網的監測等等。管道與管道之間的差異是很大的,就算是首末站一樣、管徑一樣的兩條管道,在輸送介質時也會有差異,所以說,沒有哪一種管道泄漏監測系統能夠廣泛的適應所有管道的輸送流程。我們在選擇管道泄漏監測系統時,要根據自己管道的實際情況,去選擇正確合適的監測系統,去量身定制合適的管道泄漏監測系統,才能真正在管道運行過程中起到保駕護航的作用。
              通 過自身選擇使用的經歷,我們看到,我國科技人員多年來不斷在該領域的鉆研和探索,已經取得了令人鼓舞的成績,與國外該項技術相比,我們的技術處于明顯領先地位!我們更加相信,隨著管道泄漏監測系統的大范圍應用,因管道泄漏造成的重大惡性環境污染、安全事故、國家和人民財產損失的情況會有明顯改善,在有利保 障經濟效益的同時,創造了更大價值的社會效益!

         

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