四、管道运行仿真技术
管道计算机应用主要体现在管道测绘及地理信息系统、管道操作优化管理模型和天然气运销集成控制系统三个方面。
仿真技术在长输管道上的应用不仅优化了管道的设计、运行管理,而且为管输企业带来巨大的经济效益。目前,国外长输管道仿真系统主要分为三种类型,一是用于油气管道的优化设计、方案优选;二是运行操作人员的培训;三是管道的在线运营管理。如美国最大的天然气管道公司之一的Williams管道公司,采用计算机仿真培训系统在不影响正常工作的情况下就可完成对一线工人的上岗培训,大大缩短了培训时间,节约大量费用,比传统的培训方式效率提高50%。世界著名的管道仿真系统软件公司——美国科学软件公司(SSI)研究开发的气体管道仿真软件TGNET和液体管道仿真软件TLNET,已在世界上45条油气管道上应用。这些仿真软件可以对管道运行的瞬态水力状况进行模拟,其在线模拟系统由实时模型、预测模型和自动先行模拟等几个模拟软件组成。其中,实时模型是根据管道液(气)体流动的连续性方程、动量方程、能量方程及状态方程建立的数学模型,编制实时模拟应用程序,再根据管内流体的温度、压力、流量、密度及组分等参数完成管道的泄漏检测与定位、超低压保护、批量及组分跟踪、热值跟踪等功能。而预测模型可计算某一时刻管道的存储量、管内批量油品的位置,预测喘振条件,检测输差等。自动先行模拟软件是根据目前的实时模拟条件和设备的设定来确定将来的运行条件有何变化,预测水击的产生,做到超前保护。管道在线仿真系统的应用可有效地提高管道运行的安全性和经济性。
五、GIS技术在管道中的应用
随着管道工业自动化的发展,GIS(地理信息系统)在长输管道中得到了日益广泛的应用,它融合了管道原有的SCADA系统自动控制功能。像美国、挪威、丹麦等国家的管道普遍使用GIS技术。目前,该技术已实现地理信息、数据采集、传输、储存和作图统一作业,可为管道的勘测、设计、施工、投产运行、管理监测、防腐等各阶段提供资料。例如,丹麦哥本哈根的HNG公司多年来一直利用GIS技术对其所属的天然气管道及配气管网进行管理,可实现数据记录、设备查询、管道信息、泄漏记录、信息发送、智能扫描、配气优化、日常管理等功能。HNG公司的GIS系统是在WindowNT平台上运行,图形应用程序是在Intergraph环境下开发的,关系数据库Informix作为数据库,基本测绘图形的应用程序建立在MGE产品基础上,管道记录和查询的应用程序是以Pramme产品为基础。
美国管道安全局正在建设全国信息地理系统数据库,数据包括管道和设施位置的地理数据,精度为152米;管道基本参数数据库(运营商的名称、管道名称、尺寸、所输介质和状况、数据来源等)。管道安全局就可以在可能发生**、洪水和其它自然灾害的重点地段,确定危险环境中管道的风险,标出敏感地区管道的位置,一旦发生事故,管道安全局就能迅速从数据库中提取数据,向联邦或州管理机构提供详细的资料。
六、现役管道的完整性评价与风险管理技术
管道完整性评价的方法有可靠性分析、风险评估和管道剩余寿命评价三种。评价的最终目标就是预测管道的剩余寿命,确定管道的维修和大修计划。评价依据是对管道各种缺陷的检测结果。国外主要是组合采用智能清管器(漏磁清管器、超声波清管器、几何清管器等等),这些清管器可以对管道内表面的各种缺陷的位置、大小进行比较精确的检测。国外一些公司采取定期利用智能清管器进行管道内检测,如英国天然气公司(BG)对管道内检测的周期是2年~10年。国外一些公司认为,采用智能清管器对管道的完整性评价并进行修理是经济的,如加拿大的NOVA公司对管道的各种修理和检测费用进行了对比,发现使用内检测后,虽然花费了一些费用,但使管道的维修更具有规划性,避免了盲目修理和更换管道,总体上节约了大量的修理费用。
七、管道泄漏检测新技术
传统的管道泄漏检测技术普遍存在误报警率高、定位不准、安装和维修费用高等缺点,难以在实际生产中推广应用。最近,壳牌公司研究开发的ATMOSPIPE管道泄漏监测系统取得了很大进展。该系统利用模式识别技术,根据管道进、出口的流量和压力,使用优化序列分析法(SPRT),连续计算泄漏的统计概率。当检测到存在泄漏时,ATMOSPIPE就自动计算出泄漏的位置和泄漏量。该系统较之传统的检漏方法具有以下优点:
(1)适应性强。可适用于气体或液体管道,对管道长度、直径、所处地理环境、运行状态等均没有限制。
(2)误报率低,识别功能强。可自动区分管道泄漏与分流时的正常运行变化,自动适应和识别管道在线仪表失灵或数据通讯错误。
(3)可靠性高,经济效益好。可检测到正常流量5‰的泄漏,系统所用测量仪表少,易于操作和维护,运行成本低。
(4)要求的基本信息少。一般只要求管道的长度、直径,仪表安装的位置、精度,流量和压力的额定范围等。
目前,Atmospipe已广泛应用于世界各地的原油、成品油、天然气管道上,管径从101.6毫米到1219.2毫米不等,最短的管道3公里,最长的达1250公里。实践证明,在正常运行条件下,该系统的误报警率低,且维修费用少,成效显著,是目前世界上公认的最优秀的自动泄漏监测系统。