2022年石油工业中长距离油气运输管道的泄漏检测方法以及清洗技术整理 .pdf

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1、科 技 天 地80INTELLIGENCE 码器采用IRD-2600 4:2:0解码器，编码器采用高端MPEG-2DVB ，用 RTM-3300紧凑型复用器，电源用的是DUM-48/50B智能开关通用电源。它是采用新型元件设计生产的新一代高频开关电源，具有容量大，可靠性高，智能化程度高，电网适应范围宽，维护方便等特点，实现了系统的自动测试、自动诊断、自动控制，又可实现系统的遥信、遥测和遥控。蓄电池用的是固定用阀门控式密封铅酸蓄电池。微波传输设备用的都是高标准、高质量、性能稳定的产品，操作上简单实用，安全稳定。三、改造后的优势自 2004 年 9 月，微波站数字传输系统运行后，主要体现以下几个方

2、面的优势：1、微波数字化系统提高了传输的能力。由于数字微波通常取离散的脉冲波形，因此信号频谱较模拟信号宽，传输的容量也有了很大的提高。2、微波数字化系统提高了传输的可靠性。在改造过程中，使用了空间分集的方法，在同一垂直方向上不同高度的两面天线接收的电波信号经过最大功率合成或最小色散合成器，将电波的各种成份有选择的移相延时后相加，这种方法在很大程度上克服了衰落对电路可用性的影响，停播和劣播明显降低，接收信号的稳定性得到了很大的提高。3、微波数字化系统较模拟传输系统的抗干扰能力明显增强。数字微波传输不同于模拟微波传输系统，是按传送基带信号的保真度高低来评价其优劣的，而是按被传送基带信号的取值（或状

3、态）判断的正确与否来评价优劣。4、微波数字化系统使图像清晰度得到了很大的提高。首先模拟微波传输质量是以信噪比作为衡量指标，接收机的功能只是将基带信号检波出来，而数字传输则是以误码率作为传输质量指标，因此，数字微波系统的接收机功能不仅要对基带信号进行检波， 更重要的是对其取值 （或状态） 进行判决，所以解调器的构成中增加了判决再生以及基带信号处理部分。另一方面，数字微波传输信息的再生接力方式也避免了模拟微波接力系统中出现的噪声积累，因此，数字微波的传输比模拟微波的传输所得到图像更加清晰。5、数字微波多路通信系统采用时分多路复用，所以信号同步系统是数字微波设备中的重要组成部分，这更加便于中间站上下

4、话路和采用加密措施。6、数字微波系统除抗干扰性能较模拟系统强外，对基带信号便于根据需要进行处理，有利于实现集成化和数字化电路以及综合业务数字网的建立。7、微波数字化改造运行至今，系统运行稳定可靠，系统功能清晰简洁，扩展灵活。石油工业中长距离油气运输管道的泄漏检测方法以及清洗技术胜利油田油气集输总厂孤岛分厂 张士锋摘要： 长距离运输管道作为一种经济、有效、环保的运输手段, 在液体、气体运输中发挥着独特的优势。本文主要介绍长距离运输管道安全运行的重要保障管道泄漏检测以及运输管道的清洗技术。关键词： 管道清洗 泄漏 泄漏检测 SCADA 系统 管道运输 石油1. 引言石油工业中的流体原料有原油、天然

5、气以及水等, 这些介质长期在管道中穿行, 不可避免地会在管道中形成沉淀或污垢。这些沉积在管道中的污垢不但会大大增加流体输送过程中的阻力, 而且还会对管道材料造成腐蚀和伤害, 严重时会使管道破裂, 造成运输流体的外泄。外泄的流体通常都有较大的危险性, 会对正常的生产和生活造成不良影响。这些状况是人们所不希望看到的,所以需要定期对管道进行清洗。因此本文会对其两个方面进行分类介绍。2. 长距离运输管道泄漏的检测方法按检测对象的不同及将管道泄漏检测的方法分为气体泄漏检测法和液体泄漏检测法。2.1 液体泄漏的检测方法检测长距离管道运输液体的方法有许多种，这里主要介绍几种常用的泄漏检测方法的工作原理及优缺

6、点。(1) 直接观察法 由有经验的管道工人或经过训练的动物巡查管道，通过看、闻、听或其他方式来判断是否有泄漏发生。近年美国OILTON 公司开发出一种机载红外检测技术。由直升飞机带一高精度红外摄象机沿管道飞行, 通过分析输送物资与周围土壤的细微温差确定管道是否泄漏。利用光谱分析可检测出较小泄漏位置。这种方法可用于长管道, 微小泄漏的检测。其缺点是对管道的埋设深度有一定的限制, 据有关资料介绍,当直升机的飞行高度为300 m时 , 管道的埋设深度应当在6 m之内。(2) 管内智能爬机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

7、名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 科 技 天 地81INTELLIGENCE 爬机在管道工业中广泛使用, 如果配置各种传感器, 就能组成智能爬机检测系统。目前利用爬机可以检测管内的压力、流量、温度以及管壁的完好程度。爬机可以分为2 类。超声波检测器和漏磁通检测器。应用较多的是漏磁通检测器,即将爬机放入管内, 它就会在流体的推动下运动到下游, 同时收集有关管内流动和管壁完好程度的信息。对记录在爬机内的数据进行处理后, 可以得到很多信息, 同时也可以判断管道是否泄漏。它的作用不仅在于泄漏检测, 而且是综合型的管道检测系统。但是爬机

8、只适用于那些没有太多的弯头和联接处的管道, 它的操作需要有丰富的经验。(3) 光纤检漏法包括准分布式光纤检漏、多光纤探头遥测法、塑料包覆石英 (PCS) 光纤传感器检漏、光纤温度传感器检漏。其中准分布式光纤进行漏油检测的技术己比较成熟。据报道NEC 公司已研制出能在10 km管道长度范围内进行漏油检测的传感器 , 它对水不敏感, 可在易燃易爆和高压环境中使用。传感器的核心部件由棱镜、光发与光收装置构成。当棱镜底面接触不同种类的液体时, 光线在棱镜中的传输损耗不同。根据光探测器接收的光强来确定管道是否泄漏。这种传感器的缺点是当油接触不到棱镜时, 就会发生漏检的现象。(4) 瞬变模型法 瞬变模型法

9、是建立管内流体流动的数学模型, 在一定边界条件下求解管内流场, 然后将计算值与管端的实测值相比较。当实测值与计算值的偏差大于一定范围时, 即认为发生了泄漏。在泄漏定位中使用稳态模型, 根据管道内的压力梯度变化可以确定泄漏点的位置。瞬变模型法的报警门限值与测量仪器误差、流动模型误差、数值方法误差以及要求的报警时间有关。如果采用较小门限值来检测更小的泄漏, 则由于以上原因导致的不确定性就会产生更多的误报警。如果要求低的误报警率, 则所能检测到的最小的泄漏必然变大。 (5) 基于 SCADA 系统法 SCADA系统是 Supervisiory Controland Data Acquisition

10、的简称 , 即监控和数据采集系统。它利用计算机技术收集现场数据 , 通过通信网传送到监控中心, 在监控中心监视各地的运行情况, 并发出指令对运行状况进行控制。远程终端装置 (RTU) 将采集的流量、压力、温度等参数传递给监控中心 , 对管道的运行状况进行实时监控。当检漏软件检测到泄漏时 , 给出报警信号。 泄漏严重时 , 监控可发送指令关闭泵阀。SCADA 系统可准确掌握现场情况, 及时灵活地调度控制生产,优化运行获得较好的经济效益。2.2 气体泄漏的检测方法(1) 嗅觉传感器将嗅觉传感器沿管道按一定的距离布置, 组成传感器网络对管道进行实时监控, 再借助于计算机和现代信号处理技术可大大地提高

11、检测的灵敏度和精确度。当发生泄漏时, 对泄漏物质非常敏感的嗅觉传感器就会发出报警。该种检测方式的特点是能精确地对泄漏地点进行定位。然而需要预先在管道周围埋设大量传感器和传输装置, 费用较高, 且只能对已经泄漏的地点进行报警而不能提前预报泄漏点。(2) 管道模型泄漏检测法该方法基于长输管线的水力、热力模型与边界条件计算预报任一时刻管线某一点处的理论输出, 比较理论输出与实测数据之差值来实现泄漏检测。该方法适合于泄漏量较小的情况 , 可以利用现有检测仪表、投资少, 但高精度的预报模型复杂、定位精度低, 对小泄漏定位时间长, 不及时。(3) 声波泄漏检测法 基于任何介质的泄漏都会产生噪音, 由于管壁

12、束缚, 泄漏噪音在管道中扩散, 从而在管道上任何一点都会产生压力波动或振动, 通过声波传感器来检测这种现象。该方法原理简单、国外文献报道精度可达1 %、但是所需传感器数量多、间距短、传感器埋地后维护处理不方便, 信号的获取与处理较复杂。(4) 人工神经网络技术 首先分析管道泄漏检测的基本原理, 应用 LABVIEW 分析单传感器在泄漏管道不同位置拾取的泄漏信号的时域、频域特征 , 以提取时频域特征指标来构造人工神经网络的输入矩阵 , 建立能对管道泄漏状况进行分析检测定位的人工神经网络 , 实现了管道泄漏检测的单传感器定位。模拟泄漏实验和在 PC机上进行网络仿真表明该方法是有效的。3. 长距离运

13、输管道的清洗技术对于动辄成百上千米, 甚至数百公里的石油管道而言,可以选择的清洗方法就不多。现场应用中, 清管器清洗技术和水射流技术备受青睐, 某些特殊工况下, 化学清洗也是一种不错的选择。3.1 清管器清洗技术清管器清洗技术的基本原理是: 清管器在外力作用下在管道中向前移动, 依靠自身部件刮擦管壁, 将堆积在管道内的污垢刮出管外。给清管器提供动力的, 可以是管道内流体自身的压力, 也可以是额外提供的水压或气压。3.1.1 清管器清洗系统简介使用清管器进行清洗的典型流程图如图1 所示 , 这套装置可以实现不停产清洗作业。将清管器从发射筒送入管道中,确保清管器能够正常发出信号。在清管器运行过程中

14、对其进行沿程跟踪和定位检测, 通过调整背压大小来控制清管器的运行速度。清洗过程中需及时排污, 污水由排污管线输出。当清管器快要到达接收筒时, 应注意排污和接收清管器。需要时 , 可以发射多个清管器以提高清洗效果。3.1.2 清管器清洗过程中的关键问题清管器尺寸计算清管器清管过程中, 一般都是发射几个或十几个或更多清管器通过被清洗管道, 逐渐清洗管道内的污垢。最小直径的清管器不担负清管任务, 只起检验管道内部是否通畅的作用。清管器的直径大小和系列与垢层厚度、管道规格、垢的坚硬程度等密切相关。直径相差太大, 就有可能造成清管器阻卡现象的发生。直径相差太小, 又会引起不必要的资金浪名师资料总结 -

15、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 科 技 天 地82INTELLIGENCE 费 。一般情况下, 选择最小清管器的尺寸为:dmin =m - 2n - 2 (1)其中 , m 为管道外径; n为管壁厚度; 为垢层厚度。确定最小尺寸后, 再根据清管器种类以及经验确定清管器最大尺寸, 一般取为管道内径的( 105% 115% ) ,即 :dmax = (m - 2n) (105% 115% ) (2)介于 dmin 和 dmax之间的一

16、系列清管器尺寸要根据现场施工经验确定。张金成 1 * 等提出了一种简便计算方法,即认为清管器系列以等差形式存在, 其值分别取为:dmin , dmin +D, dmin + 2 D, dmax其中 ,D 就是等差数列的极差。那么, 使用清管器的总个数为 :,计算结果收尾取整。极差D 可由下式计算: (3)其中 , 为垢层与管内壁的摩擦系数; 为垢质密度;L 为管道总长度; g 为重力加速度; P为所用驱动介质最大压强。求得 D 后即可大致确定各个清管器尺寸, 之后需要查对相应的标准手册选择最合适的值。清管器种类选择随着管道输送事业的发展, 出现了适应各种需要的清管器 , 它们性能和用途各不相同

17、, 一旦选择不当, 不但不能达到清管目的, 还会造成管道堵塞、穿孔。清管器分为清扫清管器和隔离清管器两大类, 能起清洗作用的是清扫清管器。该类清管器又分为碟形、碗形等多种形式, 各自有不同的用途。运行检测技术使用清管器作业时, 必须实现地下清管器和地面之间的有效联系 , 这样才能随时掌握清管器的运行状况。一旦发生堵卡事故 , 即快速确定被卡位置, 及时采取解卡措施。目前,比较成熟的检测技术是电子定位技术, 即使用无线电收发装置实现对清管器的定位。优选压差和流量参数清管器能够达到的清洗速度取决于其所承受的压差大小。压差由驱动清管器的介质对清管器的推力和清管器前方的阻力综合决定。背压大, 介质对清

18、管器的推力就大; 清管器向前推移时 , 刮擦下来的垢物逐渐堆积而产生较大的阻力, 这两方面因素作用于清管器, 控制清管的速率。由于管线清洗系统( 包括清管器及驱动介质) 是一个具有一定自我调节能力的系统, 在优选参数时必须综合考虑、整体设计 , 一般而言 , 设计遵循下列两条基本原则:(1) 清管器所承受的背压应该在管线的耐压范围内变化,确保管线安全;(2) 提供的压差必须保证清管器具有合理的运行速度。优选压差和流量的核心问题是保证清管器的运行速度。管线清洗过程中, 由于清管器前面的垢物不断堆积, 造成阻力不断增大, 要维持清管器的速度, 必须通过调整驱动介质的速度来实现。但由于清管器自身不可

19、避免有一定的泄漏量( 旁通量 ) , 使得清管器实际速度小于介质速度。调整清管器速度的问题就可以转化为调整介质速度与泄漏量的关系。这一关系十分复杂, 与特定工程背景密切相关。因而只能通过现场试验才可获得流量与压差和泄漏量的关系, 从而获得最优压差和流量参数。控制清管器的运行速度主要依靠调节发射端和接收端的阀门从而调整驱动介质的速度来实现。清管器堵卡解卡技术由于管线内部及管线连接状况十分复杂, 以及清管器自身结构问题等, 清管器清管过程中时常发生堵卡事故 。一旦堵卡 , 一方面会拖延施工周期, 影响生产。另一方面可能引起管线的损坏。发生堵卡后, 一般的处理程序如下。(1) 增大清管器背压; 若无

20、效 , 实施方法 (2) 。(2) 快速关闭接收端干线阀门, 在管线中憋压。压力达到一定值后, 快速开启阀门, 反复几次, 在管路中造成激荡压力。若无效, 实施方法 (3) 。(3) 在卡点挖出管线, 检查该处管线连接情况, 若是弯头或分叉, 则需要割断管路, 取出清管器, 并对此处进行改造后才能继续施工; 若是直管, 可以用重锤从不同侧面敲击管线 , 然后继续增加背压, 尝试解卡, 若无效 , 只能割断管路取出清管器。3.1.3清管器清洗技术的优点(1) 不需使用侵蚀性化学药品, 对管道金属本体无腐蚀,对环境无污染;(2) 清管器的刮削力可以在很宽的范围内调整, 能够适应各种不同类型的管线;

21、(3) 可实现不停产在线清洗, 对生产干扰很小或没有干扰 ;(4) 清洗管径范围大, 距离长, 可以清洗直径50 3 000 mm 范围内的所有管道, 一次可以通过长达数十甚至上百公里的长度;(5) 操作简便 , 清洗费用低。4. 高压水射流清洗技术陈玉凡、刘玉洲等在高压水射流管道清洗技术方面作了大量工作 , 已成功使用水射流对城市下水管道、工矿企业的煤气管道、排污管道等做过清洗。借鉴其经验, 对某些油气输运管道 , 如果工况不适合使用清管器清理, 就可以考虑采用相应的水射流清洗系统。4.1 清洗工艺在待清洗管道中挖开联络井2 和 9, 下入封隔装置。地势较平时 , 将清洗车停靠在任意一口联络

22、井附近, 排污泵设在另一口联络井中; 地势有高低区别时, 将清洗车停靠在地势较低的联络井处, 排污泵也放置在这口井中。之后, 将高压软管 3 和旋转喷头6 下入管道中, 开动清洗车的高压泵, 喷头 6 将在高压射流的反冲力下向前推进, 同时强力清洗管壁的污垢。污垢被水流带至管道底部, 再依靠射流力量将其送至排污口处, 污水经由排污泵排出。4.2 关键技术问题高压旋转喷头的结构为保证喷头能够在管道中自行前进, 且具备转弯能力,需要在喷头上安装数个向后喷射的喷嘴。为了清除管道的堵塞状况 , 需要在喷头前部安装1 到 2 个向前喷射的强力喷嘴。为使喷嘴能够旋转 ,还需要有与径向成一定角度喷射的喷嘴。

23、图 3 所示为一种较典型的喷嘴结构。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 科 技 天 地83INTELLIGENCE 图 3自进式旋转喷头高压软管准直径的选择喷头在高压水的反冲力下带动软管前进, 细的软管质量小 , 但压力损失大。粗的软管则相反, 因而可以使喷头获得更大的反冲力。需要针对不同的工况选择合适的软管内径才可以获得较高的清洗效率。高压清洗的安全保护措施高压水射流具有很大的冲击伤害能力。作业时，应封闭工作区 ,

24、 同时配备2 名以上操作人员, 戴好防护器具, 一人作业 , 一人观察。出现紧急情况时, 立即停泵卸压。4.3 高压水射流管道清洗系统高压水射流管道清洗系统由三部分组成, 即管道系统、清洗车系统以及喷射系统。其组成见图2。图中2 和 9 为联络井 , 两井之间一般间隔数十米, 目前最长可达300 m 以上。3 为管道 , 水射流清洗时会产生一定量的污水, 这些污水的排除需要借助于排污泵。在联络井中放置排污泵后, 使用射流力量或利用地势使污水进入流向泵入口, 泵将污水带至地面 , 由除泥车进行处理。图 2高压水射流管道清洗系统1清洗车; 2 联络井; 3 高压软管; 4 封隔装置; 5待清洗管道

25、;6自进式旋转喷头; 7排污泵 ; 8排污管线 ; 9 联络井4.4 高压水射流清洗的优点(1) 高压水射流使用的介质是自来水, 价格比较低廉;(2) 清洗过的结垢管道, 可以显露金属本色, 质量较高 ;(3) 清洗速率远远高于传统的化学清洗和喷砂、喷丸清洗 ;(4) 绿色环保。5. 海底管道化学清洗技术5.1 技术概述化学清洗技术通常并不用来清洗长距离运输管道 , 因为清洗剂无法循环, 热损失严重, 且容易造成环境污染。但特殊情况下 , 也不妨做一些有益的尝试。5.2 工艺流程清洗工艺要根据海底管线布局,海洋平台的实施而安排。图 4 是使用化学清洗法清洗海底管道的装置示意图。施工过程中使用两

26、条海洋工程船2 和 5, 船上需要配备完整的泵压注入系统 , 储罐配液槽都在100 m3 以上。为提高清洗效果,使用化学清洗之前, 首先扫线, 即用管道泵将管内介质顶出被清洗的管段外, 接着注入洗油剂。根据垢层性质选择洗油剂和分散剂。控制压图 4海底管道化学清洗示意1作业平台1; 2 洗涤工程船;3海底管道; 4 作业平台2; 5 废液工程船力和流量, 使洗油剂与管内污垢充分反应形成废液, 当取样观察不到油珠时, 用泵打入除垢剂。合理控制除垢剂的流量 , 使清洗剂与垢的反应时间为2 3 h, 不能过快或过慢。反应完成后, 排出的废液由工程船抽出。由于海底管线不能随意开孔 , 无法用常规仪器检测

27、管道的清洗状况，所以可以通过观测管线各处的压力表和流量计示数的变化、废液罐内废液的浊度, 确定除垢时间。5.3 海底管道化学清洗关键技术的作用5.3.1控制除垢速度通过控制注入清洗液的流量调控除垢速度, 既要保证施工进度 , 又要考虑安全防护。如果清洗速度过快, 管内垢物脱落很快 , 容易造成管线堵塞。 因此 , 洗油剂的浓度、 注入量、注入速度等都要严格控制。必要时，还需加入适量抑止剂和防塌剂 , 使化学反应速度得到控制, 避免堵塞事故的发生。5.3.2防止气体中毒输油管线中难免遗留SO2气体 , 若使用酸性洗涤剂, 往往会产生剧毒的H2 S 。为防止受其危害, 应当在排污口处加入足量 H2

28、 S吸附剂 , 同时在排出口各个方位测试H2 S的浓度 , 杜绝危险事故的发生。5.3.3清油除油效果现场经验表明, 必须合理地对管路清油、除油, 才能保证良好的除垢效果。管线洗油剂需合理控制温度, 以使化学反应顺利完成。另外, 如果洗油剂不易与原油发生化学反应,可以考虑清洗时管道内介质不外排, 直接注入下游管道内。5.3.4 环保措施为避免污染海水, 需要一套严格的安全保障措施。对于清洗后的废液, 必须加入一定的中和药剂达标后才能排放,但不能直接排放入海中, 只能运回陆地后做综合处理。因此工程船上必须设置足够大的储罐, 以便废液运回陆地进行综合利用或处理后排放。总之，长距离管道集输过程中油气的泄漏问题是一个生产运营过程中必须认真对待和科学处理的问题，稍有纰漏，不仅会对企业带来巨大的经济损失，而且还会带来严重的环境污染和灾害，所以还会给社会带来非常严重的后果。本文通过对油气传输过程中的油气泄漏检测方法及出现油气泄漏之后的清洗技术进行了较为深刻、全面的论述，期望能对该行业提供一点指导作用。由于水平所限，文中难免会出现一些问题和不足，恳请同行专家批评指导。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -