自动化技术在油气管道完整性管理中的应用

李珩

摘 要：随着我国油气管道建设的进一步发展，对输油管道进行检测、监视、控制和管理来保证输油安全、稳定越发重要，管道自动化技术成为实施管道完整性管理的重要步骤。本文通过对SCADA系统以及油气管道完整性管理进行浅析，并对自动化技术在油气管道完整性管理中应用进行论述，进一步的阐明自动化技术在油气储运工程中的应用，借此对油气管道的安全性以及管理效率进行改进，并有效的改善相关的工作条件，提高经济效益。

关键词：自动化技术；油气管道；完整性管理

引言：

近年来，由于我国经济的快速发展，使我国的能源的消耗越来越大，对石油以及天然气的需求也进一步加大，这使我国的石油天然气行业得到了飞速的发展，且油气管道的建设速度也进一步加快，我国的油气管道总长已达到了7.5万公里。但是石油管道不仅受自身腐蚀老化的威胁，还要遭受到被打孔盗油的威胁，这对油气管道的安全运行造成了极其严重的威胁。在计算机技术的迅速发展的前提下，远程控制也得到了实现，油气管道完整性管理中最为重要的一部分就是利用实时监测、监控以及数据采集系统SCADA，对其进行本地或者远程的自动化控制和能够实时采集管道数据。进一步的减少油气在传输过程中的浪费，对其管道安全进行有效的监控与保护。

一、SCADA系统浅析

SCADA系统是一种以计算机技术为基础的一种自动化系统，它能够对现场的设备以及生产过程，实时地进行控制和监视，从而实数据的采集与整理、控制设备、调整各种参数等多种功能[1]。其优越性使得SCADA系统在实际的应用中，具有广泛的使用范围。在油气管道SCADA系统中，对其配置的硬件及软件系统一般是按高标准控制管理水平进行配置，以最大的可能性来保障系统的安全、可靠的运行。SCADA系统对整个运输管道系统进行实时在线监控。其主要的系统功能如下：

1.操作员权限控制：确认操作人员的身份信息，记录操人员的工作行为；

2.数据采集和处理：对数据进行量化处理，并进行归档；

3.设备的操作：对设施能够进行实时地监视和控制，从而保障系统可以安全运行；

4.报警管理：对所发生的事件、报警事件进行存储以及记录；

5.监控画面：对工作的历程能够进行准确无误的显示和记录；

6.对操作、事件进行记录：对工作管理人员的操作时间、何种操作、设备运行的状态以及设备状态发生变化的时间进行记录；

7.将数据进行备份，并生成所需要的报表。

二、油气管道完整性管理浅析

油气管道的完整性主要指，管道必须处于安全的、可受控的工作状态；相关的管理人员可以采取相应的预防措施，防止管道事故的发生。管理人员依据不断变化的因素，对油气管道所將要面对的风险因素进行识别，并做出技术评价，制定相关的控制风险方案，并不断的进行改善，进而将管道管理的风险控制在合理范围内。利用监测、检测、校验等方式，得到完整的管道专业化管理的信息，对管道正常使用的威胁因素进行检测、检验，并对管道整体性进行评估，最终达到管道可以正常、安全使用的目的[2]。油气管道的完整性管理体现了安全管理的时间、数据以及管理过程的完整性和灵活性的特点。

三、自动化技术在油气管道完整性管理中的应用

（一）管道泄露以及检测

1.瞬态负压波检漏

采用瞬态负压波法对油气突发性泄漏进行检测与定位的原理是：当管道出现泄漏时，泄漏点的流体受到管道内外的压差，进而迅速的流失；泄漏处会产生负压波，负压波在上下游进行传播，并逐步的衰退。安装在管道上下游的压力传感器，会监测出管道压力参数变化的数值，这样就可以判断是否发生泄露，依据负压力波传播的时间差以及传播速度可以确定泄漏点的位置。由于距上游泵站的距离越远，泵站所能反映的泄漏压降就越小，压降检漏法的灵敏度最小，泄漏点在泵站附近时较为准确。值得注意的是，在泵站进行管线正常操作时，压力也会有所变化，因此压力变化率报警应不纳入考虑范围，以免出现错误判断[3]。

2.流量偏差检测

实践表明，当泄漏点处的压力突降时，应使用瞬态负压力波进行泄漏检测。一般情况下，大管道发生事故都具有这种特征；但是，对于一般状态下发生的事故或已经发生的事故，这种方法便不再适用，应采用流量输差检漏来进行检测。依据体积平衡的原理，充分的考虑温度、压力等因素使管线体积的改变，单位时间内出入口的体积差应当在一定的范围内发生变化，当这一差值超出一定范围时，就可以判断管道是否发生了泄漏。与压力变化率报警相近，流量偏差报警信号可以在相关数据的基础上取平均，并在检测到非操作变化，比如泄漏，采用报警限制数值：再在一些口径较大的油气长输管线中，在各个泵站的出入口装有流量计；如果上游泵站的流量增大，但是下游泵站的流量减少，则可能发生泄露，流量变化的对比可帮助流量平衡检漏的灵敏度进一步提高。

（二）腐蚀检测以及保护

在对油气管道进行腐蚀检测与保护时，要利用阴极保护原理。阴极保护原理的定义是，使腐蚀电位降低，以达到电化学保护的目的。阴极保护是利用外加阴极电流，将金属整体阴极化来完成的。阴极保护抹除了被腐蚀的表面上阳极、阴极的电位差；然后利用阴极保护，使阳极和构件之间形成电位差，这时阴极保护用阳极所处的电位比结构件表面上任意一点的电位都更负。因此，结构件就成为了新腐蚀电池的阴极，阴极保护用阳极可以被腐蚀，但作为阴极的结构件不发生腐蚀。

1.牺牲阳极法

在被保护的金属管道上偶接一种电位更负的金属或合金作为阳极，形成一个全新的腐蚀电池。由于原管道上的腐蚀电池阳极的电极电位比牺牲阳极的电位要正，那么整个管道就成为阴极，在腐蚀媒介中凭借负电位的金属不断溶解而产生的阴极电流使被保护体阴极极化，这就是牺牲阳极法阴极保护[4]。

2.外加电流法

被保护的金属与外接的直流电源的负极相连接，将辅助的阳极与电源的正极相连接，将被保护的金属体的阴极进行极化，使被保护的金属整体变为阴极。这种方式的阴极保护系统由辅助阳极、直流电源，以及控制、监测保护电位的参比电极所组成。和直流电源的正极相连接的电极被称为辅助阳极，它的作用是组成电流回路。

（三）油气管道水击以及监控

当油气长输管道泵阀状态发生变化，其它机组运行不稳、机组因动力故障而发生一系列变化，如自行停机、泵发生气蚀、调节输量、空气进入到泵内或管道等情况时，就可能发生水击的情况。监控并预防水击的方法主要有：

1.为使原油进站压力稳定，同时防止水击的发生，其长输管道在关键位置均设有自动调节压力的系统。压力控制的设定值由SCADA系统进行设定或是依据实际的参数计算得出。

2.需要配备水击泄放系统，增加可靠性。当上游压力突然升到所设定的水击泄放临界时，泄放阀自动启动，油气将被泄放到下游或是连接的泄压罐内。水击泄放系统一般有两个泄放阀，其中一个是备用；泄放阀的上游各自有—个电动的球阀，停输时由SCADA系统进行控制。

四、结束语

由于SCADA等自动化技术可以对油气管道内的泄漏、腐蚀、水击等情况进行动态监视，并能及时的报警、定位。同时，还可以进行人工核实，进而提高了检测的准确性，减少了硬件投资，降低了相应的成本。自动化系统在油气长输管线的应用，使油气储运工程的自动化水准得到了有效提升，为油气管道的安全运行提供了可靠的保障。随着我国油气管道的进一步建设，这项应用具有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]张宗超，孙平.渐进式清管策略在海上油气田海底管道完整性管理中的应用[J].油气田地面工程，2018，v.37；No.323（07）：60-62.

[2]刘钰.刍议油气管道完整性管理技术的发展趋势[J].化工管理，2018，No.487（16）：165.

[3]张淼.油气管道完整性管理探讨与分析[J].化工管理，2018，No.483（12）：174.

[4]丁博.基于GIS技术的油气管道完整性管理分析[J].石化技术，2017（9）.