海洋采油厂油气管线监控系统

一、项目背景： 海洋采油厂为年产原油215万吨的大型滩海油田，海上有各类平台94座（中心平台2座，开发平台3座，井组平台52座，单井平台37座），海上总开发井数317口（油井251口，注水井63口，气井3口），海底输油管道7条105公里，海底电缆75条173.5公里，注水管线37条43.2公里，气管线3条27.4公里，海域面积约500平方公里，油区内及边缘有海上养殖基地。各井组、单井平台生产的油气通过海底管线混输到中心一号和中心二号平台进行处理，这两个平台担负着海洋采油厂主体区域所有平台的油气收集、处理及外输功能。另外埕岛东部及垦东已经拥有9个平台组，23口井。具体的管线连接情况如下： 1：以海三站为登陆点，中心一号到海三站输油管线2条，中心二号到海三站输气管线1条。 2：以海一站为登陆点，CB30A到海五联油气混输管线1条，CB35平台到海一站输油管线1条。 3：ZH10到ZH104到登陆点油气混输管线1条。 4：垦东区块，KD34A平台到东三联的混输管线1条。 5：陆上集输系统输油、气管线共计94.35公里（海三－海四、海五－海三、海二－海四、海四－首站管线74公里）；联合站2座，油气接转站3座，石油专用码头1座，海上管线登陆点5个。 目前海上采油平台主要通过上述管线将油气输送上岸，中心一号日外输量为原油4800吨/天，天然气17万立方，东部管线日外输量为870吨/天，天然气8万立方，垦东区域管线日外输量为1200吨/天，天然气18万立方。 近年来海上油区治安形势恶化严重，以前多位平台盗油盗物，现已出现在海底管线打卡盗油现象。去年中心一号外输的两条海底管线在几个月的时间内分别被打卡盗油，导致原油泄漏，造成了海洋环境污染，带来巨大的经济损失和环境灾难，同时导致海洋采油厂长时间大面积停产，仅“3.12”事件就影响产量达1.6万余吨，给海上原油生产带来巨大影响。为了确保安全生产和原油外输，降低海上生产的风险系数，对海底油气输送管线和陆地长输管线进行全天候全方位监控势在必行。为了达到监控的目的，我们建议采用高科技为主、人员巡逻为辅助的方案，对油区进行远距离全天候监控。 二、系统现状及存在的问题 目前海上安全监控系统主要有海上平台生产自动化系统、海上平台电视监控和海上雷达监控三套系统。 1、海上平台生产自动化系统： 现在所有平台都已经实施了生产自动化系统，在中心一号、中心二号、CB30A分别设有监控中心，并有陆地监控终端。主要对生产系统的生产参数（压力、温度、流量、电压、电流等）进行实时采集监控，并对阀、泵等设备进行远程开启、关闭控制，完成单井的计量、电加热等功能，对消防、火气等安全设备配备专门的故障安全系统。系统可以对生产过程中的故障进行报警，同时设有四级安全报警，保证平台的安全生产和人员的生命安全。 2、海上平台电视监控系统： 现有84座平台安装了视频监控摄像机，在中心一号、中心二号、CB30A分别设有监控中心，能够实现对平台的24小时监控。其主要作用是对平台本地的生产系统及安全状况进行实时监控，有效距离为100－150米，主要监视平台入口及生产区，对非法闯入者进行监视和报警，同时对生产区的安全设施状态进行监控，判断是否出现火灾、泄漏等安全事故，并及时报警。其特点是能够通过实时的视频图像对平台本地发生的情况进行准确的判断。缺点是受光线影响大，需要补偿光源，遇到恶劣天气时效果不好；同时监控范围太小。 3、海上雷达监控系统： 现有海上监控雷达4台，分别安装在中心一号、中心二号、KD30A和东三联，单台装机功率为25KW，雷达扫描有效半径为6公里，最大监控目标100个，能够对相应海区的船只位置和运动轨迹实施动态监控，根据船舶装载的GPS和AIS系统鉴别船只身份，并根据设定的报警范围对可疑船只进行报警，对闯入平台安全半径和管道禁锚区的船只进行监控。但其缺点有以下几点： 1）雷达系统在大型平台周围100米范围内为扫描盲区，在被扫描平台背侧也产生较大盲区。 2）在大风期间，易产生多个假目标飘逸到平台产生误报警。 3）船只不安装或关闭GPS系统时，无法区分船只身份，不能对船只进行正常监控，特别是在有船只靠平台、单井时无法判断是否是本单位生产船舶。 三、系统组建方式 根据目前系统现状和技术发展的水平，结合海上油区的实际环境，我们认为应该采用高科技系统为主，人员巡逻为辅的方式来达到安全生产的目的。 （一）人员巡逻 成立巡逻队，对于陆上管线系统，根据监控系统的运行情况和报警情况，及时对报警点守候或巡逻，并与公安部门联防联治，定点抓捕。对于海上管线及设备，巡逻人员分组分区域负责，配合高科技监控系统的报警情况进行重点设防。具体方案由用户决定。 （二）高科技系统 现有的海上平台生产自动化系统已经比较完善，可靠性也较高，我们可以利用其中的管线系统的数据来建立管线泄漏监控及定位系统，该技术在国内已经成熟运用，陆上管线使用较多。海上平台电视监控系统的工作半径在100－150米左右，只能对所在平台本地的情况进行监控，且正常情况下效果可以接受。海上雷达监控系统的作用半径有6公里，能够对船只的位置及运动轨迹进行监控，并判断可疑船只进行报警，但由于没有现场图像信息，实际上很难对船只的实际行为和意图作出较为准确的判断，而近海区域船只较多，所以很容易出现误判和漏判的情况。另外雷达受天气和海况的影响较大，目前犯罪分子也察觉到这一点。因此为了对油区内的海上设备和海底管线进行更为可靠的监控，必须对现有系统进行完善改造。根据目前的技术发展，同时考虑到尽可能的利用现有系统，节省投资，我们提出以下思路：  现有的海上平台电视监控系统完成平台以及周围的监控。  依靠现有的雷达系统，利用现有的海上平台自动化系统建立管线泄漏监控及定位系统，新建远红外可视化监控系统，组成海洋采油厂“海上设备及油气输送管线全方位监控系统” 。  雷达监控系统主要对相关海域船只的位置及运动轨迹实施全面的监控，根据实际情况定出可以船只的方位。  远红外可视化监控系统根据雷达提供的方位对可以船只进行跟踪、录像，通过现场图像准确判断其行动意图。  监控中心根据所有系统的综合结果给出准确的情报，通知巡逻队选择最优的路线到达现场。  在雨、雪、雾天气条件下，雷达受影响较大，可以充分利用远红外可视化监控系统和泄漏监控与定位系统的全天候监控功能，有效防止犯罪分子利用天气条件作案。 通过建立这样一个全方位立体化的监控防范体系，可以大大提高安全防范的效率，降低误报警和漏报警的情况，降低安全防范的成本，有效保证油区设备及油气管线的安全。 1、系统设计原则 1.1 可靠性原则 1.2 实时准确原则 1.3 先进性与实用性相结合原则 1.4 灵活扩展原则 1.5 便于维护原则 2、 系统设计依据 根据国家及行业相关标准实施，满足海洋监控系统的相关要求。 3、技术概况 3.1管线泄漏监控及定位系统 3.1.1技术原理 目前用于管线泄漏监控的主要有两种方法：管内检测法和管外检测法。 管内检测法：管内探测装置从被测管道一端放入，使其沿管线内部顺流而下，通过各种检测手 段检测管道内壁情况。 优点：能够获得较详细的管线质量情况，为是否大修提供依据。 缺点：设备昂贵；对管道要求高；检测费用高；不能实时连续监测。 管外检测法： 1. 输差检漏法 依靠质量守恒定律，没有泄漏时进入管道的质量流量和流出管道的质量流量是相等的。如果进入流量大于流出流量，则可以判断管道中间有泄漏点。 2. 压力差法 根据泄漏前后管线内压力的变化进行检测。 3. 应力波法 管线由于腐蚀，人为打孔等原因破裂时，会产生一个高频的振动噪声。以应力波的形式沿管壁传播，其强度随距离以指数规律衰减。把对振动噪声敏感的传感器安装在管道上，可发现2～3公里外的管道破裂。 4. 电缆检漏法 检漏电缆多用于液态烃类燃料的泄漏检测。电缆与管道平行铺设，当泄漏的物质渗入电缆后，会引起电缆特性的变化。目前已研制的有以下几种电缆：油溶性电缆、渗透性电缆、分布式传感电缆。 5. 实时模型法 根据瞬变流的水力模型和热力模型考虑管线内流体的温度、压力、比重及粘度等参数的变化，建立起管道的实时模型。 6. 负压波法 当管线破裂发生泄漏时，泄漏出的压力突然下降，压力波由泄漏处向上、下游传播，由于管壁的波导作用，压力波传播过程衰减较小，可以传播相当远的距离，传感器能检测出压力波到达测量点的时刻，利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏位置。 本方案将采用负压波法与输差检漏法相耦合进行泄漏的检测，该方法结构简单，安装方便，使用安全。通过这两种方法可以准确判断出是否有盗油现象并准确定位出盗油点，并能有效的减少误报现象。 管线在正常运行时，两端的温度、压力、流量等参数是相对稳定的。而当管线中间某点发生泄漏时，整条管线的运行参数平衡会被破坏，泄漏点会产生压降和流量损失，在管线的两端也会产生压降和流量波动。我们建立管线工况模型，分析管线运行的各种工况，如果判断出为泄漏情况，则启动定位算法模块，定位泄漏点并报警。 3.1.2 系统选型 目前国内外厂商有不少家，但真正现场应用效果好的并不多，山东新大通石油环保科技股份有限公司的PIPEGUARDR2.0系统已成功地运行于国内13个项目中，取得了很好的应用效果。 PIPEGUARDR2.0系统包括硬件部分和软件部分。 （一）硬件部分：系统主要有现场数据采集传感器、数据采集分析系统—信号处理器SP、数据通讯系统、数据处<