油气管道安全防护技术.ppt

1、中国石油管道科技研究中心 2013年4月,油气管道安全防护技术,主要内容,第一部分 管道和站场安全监测技术研发背景,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,第六部分 站场光纤周界安防技术及应用情况,第七部分 无人值守阀室防入侵监测技术及应用,第四部分 PAPS管道声波预警技术及应用情况,第五部分 管道重点区域预警系统及应用情况,第八部分 取得的成果,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,我国油气管道发展概况 目前我国油气管道总长度已超过9.3万公里， 初步形成覆盖全国大部分地区的天然气、原油和成品油骨干网。,第一部分 研发背景,近年来，管道安全事故时有发生，不仅影响正常的输油生产，造成环境污

2、染，而且严重的威胁着人们的生命和财产安全。据统计，安全事故的主要原因有： 1、第三方破坏（打孔盗油和非法施工） 2、自然灾害（山体滑坡、地震和泥石流等） 3、材料腐蚀 4、管道制造及安装缺陷等 其中，第三方破坏及自然灾害对管道的安全威胁最大，无论发生次数和所造成的损失均居前列。,第一部分 研发背景,2003年12月19日，兰成渝管道因打孔盗油发生了严重的泄漏事件，造成兰成渝管道停输14小时，宝成铁路中断运行达7小时，附近的河流受到严重污染。,管道安全事故案例第三方破坏（打孔盗油）,第一部分 研发背景,港枣线2008年3月发现的打孔盗油点，油品被1寸塑料管从盗油阀门引出130米,管道安全事故案例

3、第三方破坏（打孔盗油）,第一部分 研发背景,2004年10月6日陕京输气管线由于第三方非法施工，机械开挖致使管道发生泄漏长达7小时，约20万立方米的天然气泄漏，造成了严重的社会影响。,管道安全事故案例第三方破坏（打孔盗油）,第一部分 研发背景,管道科技研究中心针对管道沿线的机械开挖、非法入侵和地质灾害等威胁事件，根据现场不同的需求，研发了管道泄漏监测技术、多种管道安全预警技术和站场阀室安全监测技术，并提出了一套完整的安全监测方法体系。 主要开展了以下几个方面的研究工作： 1、管道泄漏监测技术 2、管道光纤安全预警技术 3、管道振动声波安全预警技术 4、管道重点区域的安全预警技术 5、站场、阀室

4、入侵监测技术 以上的研究工作和成果，先后在港济枣、铁大、兰成渝等多条管道上和郑州输油站上进行了应用，并取得了良好的效果。,第一部分 研发背景,主要内容,第一部分 管道和站场安全监测技术研发背景,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,第六部分 站场光纤周界安防技术及应用情况,第七部分 无人值守阀室防入侵监测技术及应用,第四部分 PAPS管道声波预警技术及应用情况,第五部分 管道重点区域预警系统及应用情况,第八部分 取得的成果,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,管道泄漏检测技术针对油气管道因为打孔盗油、机械开挖、腐蚀穿孔等因素所引起的泄漏事件进行报警和定位的技术，可分为依靠仪器进行沿线巡逻

5、检测的探测技术和检测管道流体流动参数变化的实时泄漏监测技术。 目前，国外较为常用的是流量平衡技术和压力波技术，而国内应用较多的是压力波技术。,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,一、管道泄漏监测方法简述,压力特征,流量特征,Pu,Pd,P,Q,Q,泄漏,泄漏前后管道沿线压力、流量分布,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,首站压力,末站压力,首站流量,末站流量,管道首、末端随时间的变化曲线（实测）,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,压力波原理,二、压力波泄漏检测及定位技术,当管道发生泄漏时，泄漏处由于流体损失造成压力突然下降，压降由泄漏处向上、下游传播，称之为负压波。 由于管壁的波导作用

6、，负压波传播过程衰减较小，可以传播相当远的距离，其传播速度即声波在流体中的传播速度。 利用压力波通过上、下游测量点的时间差以及压力波在管线中的传播速度，可以确定泄漏位置。,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,压力波方法示意图,X 泄漏点距首端测压点的距离 L 管道全长 a 压力波的传播速度 t=(t1-t2) 上下游传感器接收到压力波的时间差,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,压力（MPa），数值是实际压力。,音波，数值代表声音强度。,负压波方法使用压力变送器，测量绝对压力； 音波方法使用专用传感器，测量相对压力（压力的变化量）。,压力波方法有两种技术：负压波和音波,第二部分 管道泄漏监

7、测技术及应用情况,三、管道泄漏监测系统设计,泵站参数采集、监控中心泄漏检测及定位和通信,泵站参数采集部分的作用是采集管道输油工况参数,监控中心泄漏监测及定位部分的作用是在线实时监测输油管道，对泄漏能够及时发现和准确定位泄漏点,通信部分完成监控中心与各泵站的通信,根据管道的自动化仪表等特点设计了 基于SCADA系统的泄漏检测及定位系统 独立的泄漏检测及定位系统,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,1、与SCADA系统结合,秦皇岛控制中心,特点：节省投资 要求：对SCADA系统进行修改,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,2、独立的泄漏监测系统,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,子站设备：

8、,站控数据采集设备（工控机）,信号调理器,现场信号,显示器（可选）,3、泄漏监测系统子站部分组成及功能,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,在基于压力波原理的泄漏检测方法中达到国际先进水平: 所提出的技术指标具有很高的技术难度： 1）监测灵敏度达到总流量的0.51.0% 2）报警反应时间不超过120秒 3）漏点定位误差不大于被测管段长度的0.7%,技术指标：,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,四、应用情况,表1原油管道泄漏监测系统应用情况统计,四、应用情况,表2成品油管道泄漏监测系统应用情况统计,合计已在11条原油管道、 6段成品油管道上安装17套管

9、道泄漏监测系统，监测管道里程达到7777 km。,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,子站：各个泵站和选定的几个阀室（8个站，3个阀室） 中心站：1个，放在调度室,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线泄漏监测系统应用情况,系统安装以来发现的盗油点（2007）,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,系统安装以来发现的盗油点(2008),第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线2008年发现的打孔盗油点之一,2008年2月20日22:10系统定位于“沧州5#阀室36.87km”（即：大港出站116.97km）。实际发现位置在河北省沧州市南皮县冯家口镇周辛庄。（大港首站出站117km3

10、00m）,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线2008年发现的打孔盗油点之二,02月26日19时10分的盗油泄漏点,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线2008年发现的打孔盗油点之二,此次盗油点很隐蔽。,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线2008年发现的打孔盗油点之三,03月27日的盗油泄漏点,3月27日，济南输油分公司调度人员通过泄漏监测系统确定了位置，最终于193#桩附近找到了盗油阀门，消除了一个针眼大小的渗漏点。,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线2008年发现的打孔盗油点之四,03月29日的盗油泄漏点,5#阀室德州24.77km处，即大港出站172.

11、485km,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线2008年发现的打孔盗油点之四,03月29日的盗油泄漏点,1寸塑料管引出130m,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线2008年发现的打孔盗油点之五,04月09日的盗油泄漏点,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线2008年发现的打孔盗油点之六,05月24日的盗油泄漏点,开挖前,开挖后,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线瘪管事件 (2009.09.08),第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,港枣线瘪管事件(2009.09.08),第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,2005年10月28日，秦京线泄漏检测系统报警

12、，并定位在218#桩700米附近，实际打孔点在800米处。,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,秦京线2005年发现的打孔盗油点,现场缴获的车辆,秦京线检测实例（续）,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,管道公司油管道打孔盗油次数,注：2007年6月投产的港枣线成品油管道至07年12月底发生13起。,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,主要内容,第一部分 管道和站场安全监测技术研发背景,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,第六部分 站场光纤周界安防技术及应用情况,第七部分 无人值守阀室防入侵监测技术及应用,第四部分 PAPS管道声波预警技术及应

13、用情况,第五部分 管道重点区域预警系统及应用情况,第八部分 取得的成果,第二部分 管道泄漏监测技术及应用情况,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,系统原理,管道光纤安全预警技术利用与管道同沟敷设的通信光缆中冗余的三根光纤，基于干涉原理构成分布式光纤振动传感器，获取管道沿途的振动信号。通过振动信号的分类识别，可以有效地确定管道沿线的威胁事件，并准确定位。,分布式光纤微震动传感器无需在通讯光缆上附加任何装置，只需在光缆两端的光缆接续盒中安装两个光纤耦合器构成传感器回路，结构如下图所示。,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,光纤管道安全预警系统组成图,系统组成,第三部分 管道光纤安全预警

14、技术及应用情况,1、研制了一套分布式光纤微振动检测装置，系统具有监控距离长、灵敏度高、性能稳定的特点，可实现埋地管道沿线的威胁事件振动检测。（国家发明专利受理号200710117987.5）。,研制大功率高稳定性光源和低噪声、高增益光电探测器确保了检测距离长达60公里； 设计了专用的温度补偿和信号差动放大模块，保证了系统灵敏度； 设计了专用正交相位鉴别器解决了偏振衰落问题 ，保证了系统的稳定性。,关键技术,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,从04年即完成管道光纤预警技术样机试制，目前硬件版本已经升级到第五代。,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,2、形成了1500多个不同情况下的

15、标准事件样本库，记录测试数据达200G。,光纤外保护套（直埋通讯、套硅管、铠装） 光纤成揽结构（松散式、含油膏、紧套式） 信号源类型（铲土、人工挖掘、机械挖掘、装载机活动、车辆通过） 距光缆距离（正上方、一定深度、平行、垂直） 沿线土壤特性（软土、硬土、湿地） 环境温度（夏天、冬天、刮大风、下雨 ）,关键技术,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,装载机工作,机械挖掘,车辆通过,走路,镐头挖掘,铁锨铲土,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,3、开发了一套管道沿线威胁事件的识别算法，研制了智能学习软件，保障了系统报警准确率。,软件可根据事件的发生时刻、持续时间、重复次数、信号强弱发展方

16、向等特征因子进行综合判断，确定是否报警。可有效判断汽车通过、火车通过、农民耕作、人工挖掘、机械挖掘等动作。 软件在试运行学习过程中，需要对沿线的铁路、公路、河流等重要信号源进行排查，可对经常发生误报警的区域进行分时屏蔽处理。,关键技术,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,单套设备监测长度： 60km； 定位精度：500m； 误报警率：5%； 机械挖掘检测范围：15m； 人工挖掘检测范围：1m；,技术指标,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,港枣线管道光纤安全预警应用情况,港济枣成品油管线从天津大港出发，途经济南到达山东枣庄，全长605公里，所经沧州、黄骅等地均为打孔盗油高发区。 为

17、了打击盗油分子，保护管道安全，同时推动分布式光纤管道安全预警技术的工业化进程，管道公司在港枣管道进行分布式光纤管道安全预警技术的工业化应用。,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,自07年5月开始，由管道公司研究中心研制的管道光纤预警系统在港枣管道大港德州205公里管段投入应用，该段光缆敷设形式涵盖直埋光缆，铠装光缆和套硅管埋设3种形式。,港枣线光纤管道安全预警应用情况,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,1、应用表明，研制的光纤管道安全预警系统运行稳定，针对港枣线的实际环境，可以对人工挖掘、机械挖掘等信号进行分类报警并准确定位； 2、单套系统的保护距离可达60KM，系统对威胁事件的

18、判别准确率大于95%，挖掘定位误差小于500m。 3、系统正式投入应用以来，先后发现了5次非法挖掘事件，有效的保护了管道的安全。,港枣线光纤管道安全预警应用情况,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,2009年6月24日26日由中石油管道公司组织，济南输油公司分公司配合实施，管道科技研究中心在港枣线的德州站至5#阀室约60km管线上进行了光纤管道预警系统测试。,现场测试情况,机械挖掘试验,人工挖掘试验,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,现场测试结论,（1）预警能力 机械挖掘 系统可以对距离管道20m以内的机械挖掘事件进行报警，具有较好的预警能力； 人工挖掘 系统在三次不同地点的人工挖掘试验中，对距离光缆0.5m以内的人工挖掘事件进行报警和定位，具有较好的预警能力；,管道公司济南输油公司管道科根据现场试验情况，对光纤管道安全预警系统的预警能力、定位精度和自动识别等三个方面的结论如下：,第三部分 管道光纤安全预警技术及应用情况,现场测试结论,（2）定位精度 机械挖掘 系统对于距离管道15m以内的机械挖掘的定位绝对误差小于1.0km，该定位精度可以满足现场要求； 人工挖掘 系统在三次不同地点的人工挖掘试验中，对于距离光缆1m以内的定位绝对误差小于500m，该定位精