如何正確選擇管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)
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(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)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(zhàn)略資源，如果把石油比作關乎國計民生的 “工業(yè)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(jié)能、環(huán)保等特點，在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著舉足輕重的作用。
      統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(yè)內(nèi)專家指出，由于近年來國內(nèi)獲得多個油氣大發(fā)現(xiàn)，全國性的油氣管網(wǎng)將作為未來油氣運輸?shù)闹匾Ｕ?。而西部原油管道的投產(chǎn)加上其他油氣管線的動工興建充分表明，我國油氣管道業(yè)已進入一輪大發(fā)展期。根據(jù)《天然氣管網(wǎng)布局及“十一五”發(fā)展規(guī)劃》，2006～2010年，我國將基本形成覆蓋全國的天然氣基干管網(wǎng)。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(fā)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(jīng)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(zhàn)。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(jiān)測，確保管道安全運行，有著十分重要的意義。
      國內(nèi)研制開發(fā)管道泄漏動態(tài)監(jiān)測技術的高等院校、科研院所和企事業(yè)單位很多，涌現(xiàn)出大量的科研成果和無數(shù)篇論文，因為技術尚在開發(fā)期，還未形成一個本行業(yè)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(jiān)測系統(tǒng)，但真正能夠有效應用于生產(chǎn) 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(xiàn)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(tǒng)還是誤報率高，無盜油時經(jīng)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(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)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(xiàn)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(jiān)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(jiān)測報警定位技術是非常專業(yè)的領域，整套系統(tǒng)涉及多專業(yè)、多學科的學術和技術。例如：水力學、數(shù)學、工業(yè)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?shù)鹊确矫?hellip;..。所有這些，都與做好管道泄漏監(jiān)測密切相關。歸根結底，動態(tài)管道泄漏監(jiān)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(fā)生的。
      關鍵是能否正確識別出泄漏！過 去，人們有一種誤區(qū)，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(jīng)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(tài)管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)都在設法解決這個問題，這已經(jīng)成了衡量系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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(shù)據(jù)。
      該領域發(fā)展至今，雖然不斷有新的技術推出，整體上看，國內(nèi)外還沒有出現(xiàn)非常理想的技術和產(chǎn)品，動態(tài)管道泄漏監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)就更加困難。
2.2國內(nèi)外有代表性的管道泄漏檢測方法
      國內(nèi)外都有人工巡線和管道內(nèi)部檢測方法，由于不在本文探討范圍之內(nèi)，不贅述。這里著重介紹管道外部動態(tài)泄漏監(jiān)測技術。
隨著自動化儀表、計算機技術的深入發(fā)展，各種動態(tài)監(jiān)測技術也相繼出現(xiàn)，這些方法90％以上都是依據(jù)管道泄漏后流量和壓力改變這一自然規(guī)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(jiān)測法、管道瞬變模型法、統(tǒng)計法、人工智能法、光纜監(jiān)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(jiān)測。當管線處于穩(wěn)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(shù)是連續(xù)變化的。當管道發(fā)生泄漏后，液體將過渡至新的穩(wěn)態(tài)。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(wěn) 態(tài)過渡到另一穩(wěn)態(tài)時管道內(nèi)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(tǒng)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(wěn)定性好、不易燃燒、化學穩(wěn)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(shù)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(shù)也不收斂并會出現(xiàn)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(nèi)應用比較普遍的檢漏方法。當管線某點發(fā)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(xiàn)為上站的出站壓力和下站的進站壓力分別下降。
流量差監(jiān)測法
      流量差法認為管道正常輸送時流量差是穩(wěn)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(tài)和瞬態(tài)變化模型，用模型作為判別泄漏的依據(jù)。
統(tǒng)計法
      1993年，Xue Jun Zhang首先提出了統(tǒng)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(fā)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(jiān)測方法是由北京昊科航公司推出的一種嶄新的泄漏監(jiān)測技術。這種方法認為管道工作過程中發(fā)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(jiān)測技術的發(fā)展開辟了一條新的道路。
光纜監(jiān)測法
      近幾年以來，隨著光通訊技術的進展，出現(xiàn)了利用光時域反射技術和功率監(jiān)測技術原理開發(fā)的光纜動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，由此實現(xiàn)了預警，一旦泄漏，漏失的油品必然也要改變光纜的環(huán)境壓力和溫度，同樣會為監(jiān)測系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)。從已有的案例看，該 項技術用于管道泄漏監(jiān)測有相當?shù)木窒扌?，尚處在初期研究階段。
三、管道泄漏監(jiān)測技術初探
3.1 管道泄漏監(jiān)測方法的共性問題
      從上面介紹的各種方法看，動態(tài)管道泄漏絕大部分都是利用管道內(nèi)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(fā)生泄漏，總要伴隨著約束體內(nèi)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(jiān)測技術的共性問題歸根到底是怎樣分析流量和壓力數(shù)據(jù)的問題。
3.2泄漏監(jiān)測與儀表的關系
      了解管道泄漏監(jiān)測技術是以分析流量壓力數(shù)據(jù)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(tǒng)是不會報警的，所以信號監(jiān)測儀表是管道泄漏 監(jiān)測系統(tǒng)第一位的硬件。泄漏監(jiān)測系統(tǒng)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(qū)間相符。
      管道泄漏監(jiān)測分析的是管道內(nèi)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(jù)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(jiān)測，就連混輸管道泄漏監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)是指有這么一種管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，裝上它以后，管道沒有發(fā)生泄漏他是不會報警的，一旦發(fā)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(xiàn)、只能無限接近的目標。
      理想的管道泄漏監(jiān)測技術是不存在的，但是，制定管道泄漏監(jiān)測技術標準，衡量管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測技術
4.1建立判別是非的標準
      出 于商業(yè)原因，各廠家都把自己的技術說成是最好的，如何區(qū)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(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)，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(guī)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(tǒng)計規(guī)律的指標，按該指標衡量的誤報警次數(shù)簡單明了，用戶可以考核驗證；國內(nèi)一般廠家用誤報率百分數(shù)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(jiān)測系統(tǒng)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(guī)律的認識自然法則，是不科學、不合理，不能實現(xiàn)的指標，所以這種指標只不過是一種推銷產(chǎn)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(shù)，事實上這個數(shù)并不合理。至于說某個監(jiān)測系統(tǒng)沒有漏報警更是違背客觀規(guī)律的說法?？梢哉f，所有的泄漏監(jiān)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(wǎng)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(xiàn)在泄漏 時刻，都會出現(xiàn)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(chǎn)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(tǒng)，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(shù)據(jù)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(fā)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(tǒng)功能。這 樣的系統(tǒng)顯然沒有真正的系統(tǒng)定位誤差指標，把人的識別能力說成是系統(tǒng)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(tǒng)不管怎么說也是人工泄漏監(jiān)測系統(tǒng)；
      另一種是自動定位，一旦泄漏，由系統(tǒng)自身定位數(shù)值輸出，不需要人工干預，這樣的系統(tǒng)才有真實的系統(tǒng)定位指標、這樣的系統(tǒng)是自動監(jiān)測系統(tǒng)。
4.5通過靈敏度指標看系統(tǒng)的技術的可信度
      靈敏度（或稱敏感度）—是指泄漏監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)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(jiān)測系統(tǒng)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(qū)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(jīng)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(jiān)測系統(tǒng)技術的實際水平。
4.6.1從技術指標上看真?zhèn)?/strong>
      利用上面說的技術指標概念，很容易看出某項管道泄漏監(jiān)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(qū)別系統(tǒng)的類型
      時下，動態(tài)管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)分兩類，一類是自動監(jiān)測系統(tǒng)，全自動報警定位系統(tǒng)—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(jiān)測系統(tǒng)自動完成的監(jiān)測系統(tǒng)；
      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(tǒng)。我們知道，管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能就是識別泄漏和定位，但這類系統(tǒng)往往并 不說這關鍵的兩項功能是靠人來實現(xiàn)的，態(tài)度誠實點的，說是“人工輔助的全自動報警定位系統(tǒng)”，這里還把關鍵功能說成了“輔助”，這已經(jīng)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(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)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(tǒng)的方法就是多想多問多看，根據(jù)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(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)。事時上，在大多數(shù)技術不成熟、沒有統(tǒng)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(shù)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(fā)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(fā)也能完整的開發(fā)出一套泄漏監(jiān)測系統(tǒng)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(yōu)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(jiān)測系統(tǒng)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(nèi)已經(jīng)有人這樣做了，讓多家國內(nèi)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(jiān)測同一條管線，不要他們在現(xiàn)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(nèi)的泄漏監(jiān)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(yōu)異者中標。