——從福建漳州PX工廠爆炸事故看光纖滲漏監(jiān)測的重要性
2015年4月6日18時56分左右，福建漳州古雷騰龍芳烴乙?guī)炷鲇屯獬槭?1單元發(fā)生爆炸。這是時隔不到2年的時間里，福建漳州古雷PX項目第二次發(fā)生爆炸。事故起因是由于33號騰龍芳烴裝置和周邊的常壓渣油儲罐發(fā)生漏油著火所致。
類似這種事故發(fā)生是否可以有效的監(jiān)測、控制甚至避免呢?答案是肯定的。目前國外已經(jīng)有了比較成熟的方法即分布式光纖監(jiān)測技術(shù)，用分布式光纖傳感器對可能誘發(fā)事故的風險源進行監(jiān)測，通過監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對油氣設(shè)備的24小時實時監(jiān)控、在線預報警等功能，有效監(jiān)控油氣儲運系統(tǒng)的運行，避免類似事故的發(fā)生。
分布式光纖監(jiān)測技術(shù)是目前最可靠的在線監(jiān)測技術(shù);分布式光纖傳感器可實現(xiàn)對整個被監(jiān)測主體系統(tǒng)24小時實時在線監(jiān)測，精確定位泄漏點或損壞點，提供管道網(wǎng)絡(luò)的整體運行狀況的可視化查詢，提供系統(tǒng)異常情況的在線預報警功能，確保主體系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、安全的運行。
接下來我們來看分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)如何實現(xiàn)對油氣儲運系統(tǒng)的實時監(jiān)測的。
1、為什么要對油氣儲運設(shè)備布設(shè)滲透監(jiān)測系統(tǒng)?
石油化工產(chǎn)品(如原油、成品油、天然氣、煤氣、氨氣或氯氣等)的泄漏可能會給項目所在地的人員財產(chǎn)安全、生態(tài)環(huán)境等造成嚴重的后果。
油氣泄漏可能有不同的原因，如管道、設(shè)備的腐蝕、疲勞、材料缺陷、振動、溫度異常、高壓或地面運動引起的過度變形等等。一旦發(fā)生油氣的泄露，則極易誘發(fā)火災、爆炸、環(huán)境破壞等，因此有效的對油氣設(shè)備進行全方位、全時段的實時監(jiān)測，對可能出現(xiàn)的滲漏做到及時發(fā)現(xiàn)甚至預報預測，對于整個油氣儲運系統(tǒng)的運行有著極其重要的意義。
2、為什么有些布設(shè)了監(jiān)測系統(tǒng)的油氣儲運設(shè)備還會發(fā)生泄漏、爆炸事故呢?
目前我國相關(guān)領(lǐng)域現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)主要存在以下不足：
l 監(jiān)測響應滯后，監(jiān)測設(shè)備只有在泄漏量足夠大時，才能監(jiān)測到風險，但這時環(huán)境已經(jīng)被明顯破壞或者事故往往已經(jīng)發(fā)生;
l 滲漏點定位精度不夠，即使傳統(tǒng)系統(tǒng)探測到了泄漏，但系統(tǒng)無法準確定位泄漏點——造成響應延時，無法及時采用有效的應急措施;
l 部分監(jiān)測手段性價比差，應用嗅探器和熱成像儀等設(shè)備，需要較高的維護成本，并需要安裝大量的設(shè)備，卻只能檢測到小范圍的泄漏;
l 無法做到全時段實時監(jiān)測，一些泄漏檢測和監(jiān)測系統(tǒng)是間歇性使用的。當泄漏發(fā)生在檢測或監(jiān)測空隙時，將可能無法及時發(fā)現(xiàn)，從而造成嚴重的安全事故。
3、分布式光纖數(shù)字式泄漏監(jiān)測系統(tǒng)如何實現(xiàn)監(jiān)測并改進前文提到的傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的不足呢?
相對于現(xiàn)有的大部分監(jiān)測系統(tǒng)存在的不足和缺陷，瑞士SMARTEC公司成功研發(fā)了基于分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)，彌補了目前存在的不足，實現(xiàn)了對油氣儲運系統(tǒng)的全方位、全時段在線實時監(jiān)測，此系統(tǒng)在歐美亞等多個油氣項目中得到成功的應用，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。
監(jiān)測原理
分布式光纖數(shù)字式管道泄漏或滲漏監(jiān)測的基本原理是：采用分布式光纖傳感器對管道進行監(jiān)測，當管道上的某點發(fā)生泄漏或滲漏時，管道周圍的溫度會發(fā)生變化(焦耳湯姆遜效應)，監(jiān)測系統(tǒng)可及時監(jiān)測到這個變化，并可在空間(泄漏點周邊的幾米范圍內(nèi))和時間(泄漏發(fā)生時間點)上精確定位異常的變化。
系統(tǒng)運行原理示意圖
滲漏異常判別示意圖
系統(tǒng)組成
Smartec的管線監(jiān)測系統(tǒng)由光纖傳感器、測量設(shè)備和數(shù)據(jù)處理軟件組成。不同的光纖可用于不同的溫度傳感監(jiān)測(常規(guī)和高溫環(huán)境)。光纖可設(shè)計成安裝在管線表面或其附近區(qū)域。
分布式溫度測量系統(tǒng)(DiTemp)測量傳感器的長度可達到2 x 45 km(上行和下行)。
配套軟件可實現(xiàn)氣體、液體和多相體管線的滲漏在線監(jiān)測及監(jiān)測結(jié)果的顯示，顯示界面友好，當出現(xiàn)異常情況時可生成報警。
基于GIS地圖的監(jiān)測系統(tǒng)界面截圖
分布式光纖數(shù)字式泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢：
l 實現(xiàn)了對油氣儲運系統(tǒng)的全方位、全時段在線實時監(jiān)測;
l 可在空間和時間上快速定位泄漏，最小化操作人的安全風險;
l 監(jiān)測系統(tǒng)運行基于光信號，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)不需要電源，特別適合于易燃易爆等危險區(qū)域的監(jiān)測;
l 光纖采用被動式的的傳感光纖，堅固耐用，使用壽命超過30年，維護成本低;
l 可監(jiān)測到毫米級的微小泄漏，在泄漏變大或形成重大災害之前及時采取措施;
l 系統(tǒng)完全自動化，降低人員成本和人員危險性，并實現(xiàn)了全時段實時監(jiān)測;
l 操作系統(tǒng)可通過通用接口與現(xiàn)有的大部分SCADA系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)兼容。
Smartec分布式光纖數(shù)字式泄漏監(jiān)測系統(tǒng)成功項目案例(部分，詳見后附表)：
l 某石油管線監(jiān)測項目(Mero Gmbh&CO.KG-Wuerzburg)-德國，2002
l 某海水輸水管線監(jiān)測項目(EWE AG-Oldenburg)-德國，2002
l 多相管線滲漏監(jiān)測項目(Tecnomare SpA-Venezia(Italy))-北美洲，2004
l 某化肥廠氨氣管道滲漏監(jiān)測項目(圖1，圖2，圖3)(Yara Italia S.P.A)-意大利，2007
l 某輸水和輸油管線監(jiān)測(Shell International Exploration and Production Inc.-Houston(USA)-挪威，2008
l 某天然氣管線的腐蝕監(jiān)測(WINGAS GmbH&CO KG-Kassel(Germany) )-德國，2009
l LNG儲罐監(jiān)測(Gaztransport & Technigaz – Paris (France) )-法國，2010
l 油氣多相管線監(jiān)測(150km)(Indian Oil Corporation Ltd. – New Dehli (India) )-印度，2011
附表： Smartec公司分布式光纖監(jiān)測項目統(tǒng)計表
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Veba Oel AG - Gelsenkirchen (Germany) |
Ammonia tank |
2001 |
Germany |
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Tecnomare SpA - Venezia (Italy) |
SPAR platform deepwater production riser |
2002 |
Italy |
|
Shell International Exploration and Production B.V. - BJ Services Company Ltd. |
Power and data Transmission composite coiled tubing for the exploration of hydrocarbons |
2002 |
Holland |
|
Mero GmbH & CO. KG - Wuerzburg (Germany) |
Oil pipeline |
2002 |
Germany |
|
EWE AG - Oldenburg (Germany) |
Brine Water pipeline (55km) |
2002 |
Germany |
|
SNAM Rete Gas - San Donato Milanese (Italy) |
Gas pipeline (500m) |
2003 |
Italy |
|
Tecnomare SpA - Venezia (Italy) |
Multiphase pipeline leakage detection |
2004 |
n.a. |
|
EDF Electricitè de France - Chatou (France) |
Reinforced concrete pipe |
2006 |
France |
|
Roxar Flow Management AS - Stavanger (Norway) |
Fiber Optic cable to be deployed in oil wells |
2005 |
Norway |
|
Pipelife Nederland BV -Enkhuizen (Holland) |
Composite pipe for crude oil |
2005 |
Holland |
|
Smart Pipe Company, LP - Katy TX (USA) |
Reinforced thermoplastic pipeline |
2005 |
USA |
|
Yara Italia S.p.A. - Polimeri Europa - Ravenna (Italy) |
Ammonia pipeline |
2007 |
Italy |
|
PraOil Oleodotti Italiani - ENI SpA - Sannazzaro de Burgondi (Italy) |
Water pipeline |
2007 |
Italy |
|
Shell International Exploration and Production Inc. - Houston (USA) |
Water and Oil pipeline |
2008 |
Norway |
|
PraOil Oleodotti Italiani - ENI SpA - Sannazzaro de Burgondi (Italy) |
Oil pipeline |
2008 |
Italy |
|
GEOPROBER DRILLING LTD. - Aberdeen (UK) |
Subsea risers re-entry hub |
2008 |
UK |
|
Smart Pipe Company, LP - Katy TX (USA) |
Reinforced thermoplastic pipeline |
2009 |
USA |
|
WINGAS GmbH & Co KG – Kassel (Germany) |
Gas pipeline intrusion detection |
2009 |
Germany |
|
Yara Italia S.p.A. – Polimeri Europa – Ravenna (Italy) |
Ammonia pipeline |
2009 |
Italy |
|
Saipem S.p.A – Milano (Italy) |
Cooling water pipeline |
2009 |
Quatar |
|
ENI S.p.A. – Milano (Italy) |
Strain monitorng of pipeline |
2009 |
Italy |
|
Antofagasta PLC – Santiago (Chile) |
Mining concentrate pipeline (155km) |
2010 |
Chile |
|
City and County of San Francisco CA (USA) |
Water pipeline |
2010 |
USA |
|
Yara France – Le Havre (France) |
Ammonia pipeline |
2010 |
France |
|
Gaztransport & Technigaz – Paris (France) |
LNG tank |
2010 |
France |
|
Gaz de France Suez – Paris (France) |
Steel pipeline |
2010 |
France |
|
Saipem – Milano (Italy) |
Gas pipeline |
2011 |
Switzerland |
|
ENI S.p.?. – Milano (Italy) |
Oil Pipeline (10km) |
2011 |
Italy |
|
Indian Oil Corporation Ltd. – New Dehli (India) |
Oil and gas multiple pipelines (150 km) |
2011 |
India |
