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石油化行业在线安全监测系统设计方案（本方案主要针对管道泄漏、LNG储液罐监测）一、背景近年来石化行业上中下游各产业都获得了迅猛发展，上游向深水海域挺进，中游LNG（LiquefiedNaturalGas,液化天然气）产业方兴未艾,下游炼化企业也像雨后春笋一般的蓬勃发展。这些发展都给油气管道及LNG储液罐带来数量的快速增长。由于传输介质的特殊性，一道管道破裂造成泄漏，轻则造成陆地污染，重则造成河流，湖泊等污染，如果不及时快速有效的采取措施，极易发生火灾、爆炸、中毒、环境污染等严重后果，人民的生命和国家的财产将遭受重大的损失。LNG储液罐一旦出现意外,冷藏的液体会大量挥发,气化量大约是原来冷藏状态下的300倍,在大气中迅速形成会自动引爆的气团，最终引发泄露、爆炸及火灾，给人民生命财产安全造成巨大威胁。因此，实时了解结构安全状况，对不利情况进行及时、精准预警，为补救抢险争取更多的时间，优质的管道泄漏监测预警系统在泄漏灾害补救工作环节中扮演着重要的角色。1.当前管道泄漏监测手段和现状当前,管道泄漏监测手段有不少方法，基本上可归纳为人工巡检，内部监测，外部检测等三类。第一：人工定期巡检，时间不连续，监测不到位；第二：内部监测，采用漏磁式清管器，缺点是漏磁信号或传感器本身易受管道的压力、所处环境等影响，缺乏灵敏度；第三：外部监测，采用流量法，压力法以及光纤（光栅）法等，此类监测可行高，具有一定的灵敏度，缺点成本代价大、费事费力。2.当前LNG储罐监测手段及现状第一：人工定期检测:人工目测检查或借助于便携式仪器测量得到的信息来进行，监测不及时，耗费人力物力；第二：常见的内部液体液位、温度、压力监测，各监测项单独分析，监测项具有较大局限性，且不能形成系统，不能从整体上把控结构的安全性能。3.系统建设现实意义由飞尚科技建立的在线监测系统率先将桥梁安全监测与物联网、云计算紧密结合，通过实时的结构参数监控，对于管道、储液罐重要参数的长期变化有较为详细地掌握，从而及时有效地反馈管道泄漏、储液罐的安全状况。其意义主要有：（1）实时监控储罐内LNG存储情况（液位、压力、温度），及时发现液体分层、翻滚、升温、泄露及混凝土筒壁裂缝、沉降等危险状况；（2）定期分析管道的压力流量变化趋势，建立全运营期的数字化、信息化档案，科学、合理地协助管道的管理和养护；（2）及时把握管道、储液罐结构运营阶段的工作状态，识别结构损伤以及评定结构的安全、可靠性与耐久性；（3）为运营、维护、管理提供决策依据，可以使得既有管道、储液罐的技术改造决策更加科学、改造技术方案的设计更加合理、经济；（4）验证管道、储液罐设计建造理论与方法，完善相关设计施工技术规程，提高管道铺设、储液罐设计水平和安全可靠度，保障结构的使用安全，具有重要的社会意义、经济价值和广泛的应用前景。二、飞尚在线监测系统设计思路1.科学布点、监测合理我司在监测方法，监测项的选择时，考虑到运营期管道监测与准运营期管道监测所处时间节点不同，需选择合理的监测方法和监测项。运营期管道的监测使用光纤（光栅）监测法，成本代价大，费事费力。此时，则倾向选择只需点式布设的管道负压力波-流量法，对管道内部压力，流量等监测项进行监测。而准运营期管道监测由于便于光纤（光栅）的安装，则倾向于采用分布式光纤（光栅）监测法，对管道的应力应变，温度等监测项进行监测。后运营期管道监测则需根据已有的监测系统现状，结合业主的需要，融入我司优势，制定适宜的监测系统的维护升级方案。2.标准化系统建设我司从选点布点、设备选型、综合布线、系统集成、终端管理等方面采用标准化的施工建设体系，保证各种设备集成、协议接口、数据存储等有效统一。后续不同区段的管线、储罐监测系统建设可与该系统做到一致标准，提高管理效率，对形成未来区域性综合石油化安全管理系统至关重要。3.系统多重分级预警不同的管理者可以通过级别设置收到不同级别的报警信息。真正让监测落到实处！报警方式通过现场、指挥调度中心及互联网、移动管理终端进行发布，使系统真正发挥作用。报警阈值是根据专家依据国家相关技术规范，并通过对以往监测数据分析评估经验、同时结合该项目实际情况等三方面配置得来。平台配置阈值会根据采集过来的值进行比对，如果比设定的阈值大，会响应报警功能。平台在进入系统的第一时间得知报警数据。软件界面报警移动终端报警界面4.配置无线传输及太阳能供电结合管道监测的实际特点，可通过成熟的GPRS/GSM网络，灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。只要无线数传主机，就可以控制设备的采集传输，简单方便，解决远程数据的传输及管理难题。同时配置野外太阳能供电系统，保证系统在野外状态下连续工作。无线传输结构示意图5.系统防雷设计合理很多监测系统往往搭建完善，后期却无法正常运行。原因很多在于系统建设中未考虑设计避雷针或避雷网等来防直击雷，导致系统瘫痪。针对本项目，应充分考虑感应雷的破坏途径，可采用分流、接闪、屏蔽、均压、隔离、接地及合理布线等现代防雷技术，重点放在电磁感应、雷电波侵入和雷电地电位反击三个方面进行综合防护，将雷电能量抑止、转换到监测设备和网络系统所允许的安全范围内。6.后台专家诊断系统，科学评估区别于传统管道、储液罐的监测数据存储建立服务器的模式，该系统数据可纳入我单位结构安全监测云计算服务中心。并配备高层次专家队伍，进行海量数据分析，定期给出具有高价值的管道、储液罐健康监测数据分析方案。专家诊断系统通过后台权限数据库进行监测数据管理分析，以便对管道、储罐的安全状态进行评估。云端与专家诊断系统结合示意图7.解决传统人工检测不足，节约成本传统的人工检测存在监测不全面、数据不连续、恶劣天气无法检、人工投入成本大、数据样本容量小等问题。同时对局部质量严重退化的结构进行维修更新时，由于目前的检测技术不能对管道、LNG储液罐各构件的损伤状况做出准确客观的评估。如果对病害估计过高：便会造成不必要的资金浪费，使得管道、储液罐的抗破坏能力不能充分发挥。如果对病害估计不足：可能失去养护的最佳时机，加快管道、储液罐损坏的进程，缩短管道、储液罐的服务寿命。可见管道、储液罐监测系统和检测技术的建立与完善，不仅影响到管道、储液罐的正常运行、使用寿命还与维修费用密切相关。8.人性化终端操作界面提高管道安全管理水平我司系统可向使用单位提供简洁、美观的操作及管理界面，管道的日常维护人员可以利用该界面进行数据库维护，数据采集、录入等；通过界面系统向用户展示检查数据、数据分析结果等，并且接受用户的交互式查询请求；能够向用户提供远程的Internet访问接口，使得不同用户根据权限进行不同级别的查询或控制系统的操作；通过界面系统向用户提供自动生成并经过远程人工审阅的报告。通过以上信息化的操作及管理，提升管道管理水平及效率。三、飞尚在线监测系统1.系统示意图飞尚在线健康监测系统设计为全托管系统，系统设计、传感器安装、数据采集、数据传输、安全评价全部托管给我公司，由我公司设计、实施、安全评价及管理决策，提供给结构管理者，可根据业主要求定时提供详实数据报告，并对结构当前状态进行全面评估。管理者可以随时通过我公司提供的用户名、密码登录服务器实时查询数据，并可对系统设计和后续更新提出意见和建议。在线健康监测系统实施过程示意图。在线健康监测系统示意图2.管道在线监测内容运营期管道泄漏监测由于不宜大规模开挖动工，宜采用点式传感器布设。因此，针对管道（受破坏体）的监测方法选择负压力波-流量法。具体监测如下图：负压力-流量系统框架示意图路面损坏一个重要原因是超载车辆驶过，路面一旦被损坏，埋置在路面下的管道等于保护层被消减，更易受到外界环境的破坏。伴行路面长期被过载使用，会加剧管道的沉降。因此对管道伴行路面车辆荷载监测也是对管道安全管道的一个辅助手段。对于准运营期管道泄漏监测由于尚处筹备设计阶段，可以并入光纤（光栅）传感光缆的安装，可以实现长距离，多参数（如管道应变，温度，振动等）监测。3.储液罐在线监测内容根据储液罐结构特点，考虑储液罐的工作环境，在进行健康监测时，现场监测及采集系统的监测参数包括变形、应力（应变）、裂缝、工作环境、液体温度、压力等的监测。监测一览表：监测布点示意图：4.监控中心监控中心应考虑整体防潮、防尘及降温；应置专用互联网络接入，方便实现远程联接；中心应置专用机柜、服务器电脑、操作机电脑及显示设备等。监控中心要求整体布局合理、设备规整、运行环境符合相关要求。5.终端管理功能实现飞尚在线监测综合管理软件是综合模拟导航、采集、传输、数据分析、显示、报表、预警、评估等各项功能于一体的集成系统。根据管道、储液罐实际特点而研发的针对性的综合管理软件。智能评分全景导航监测设备分布结构监测数据分析曲线监测数据预警曲线监测数据显示软件预警信息查询、历史数据查询综合管理系统预警信息自动生成报表车辆称重系统车牌识别系统权限管理、分级预警四、飞尚在线监测系统特点1.数据采集时间的一致性在监测系统中多种设备同时运行，不同的设备间存在一些时间一致性的问题（或相位一致性），如果不解决这个问题可能会导致评估出现误差甚至错误。飞尚在线监测系统的信号采集拟通过各采集模块与系统进行统一对时，读取同一服务器上的时间，然后与本机器的时间进行对照，以免除时间不一致而带来的数据无法统一处理的问题。系统时钟校准流程2.系统自诊断作为一个完整的监测系统，飞尚从各方面考虑系统的完好性。整个系统具有自诊断功能，从系统整体的诊断到各传感单元的自诊断：信号传输、显示的功能，报表的生成，数据的运转等，这些都需要进行分析，以保证整个系统的完好。系统自诊断框图3.系统优化控制一般在线监测系统进行实时采集，数据量巨大，一般处理工作量太大。飞尚在线监测系统充分考虑到这一问题，在数据采集阶段进行系统优化，以便能采集到有意义的数据，尽可能减少重复性的、冗余的、日常性的数据。数据采集优化流程图