输油管道泄漏监测系统的设计与应用

输油管道泄漏监测系统的设计与应用

娄珊珊李凌霄

中国石油天然气销售辽宁分公司辽宁沈阳100180

摘要：管道发生泄漏后，如不及时发现、抢修，直接导致巨大的能源浪费和环境污染，甚至发生火灾，威胁人民生命、财产安全，会造成严重的经济损失和重大的社会、生态影响。由于管道项目距离长、穿跨越复杂，人工巡线无法实时监控，无法保证管道安全，发生泄漏后无法及时发现和定位。管道安装在线泄漏监测系统，可有效解决完全依靠人工的弊端。因此，本文对输油管道泄漏监测系统的设计与应用进行了分析。

关键词：管道泄漏；负压波；泄漏判定；泄漏定位

一、测漏系统构成

1.1现场数据采集站

现场数据采集站的任务是采集管道运行工艺参数，如管道进出两端的压力、温度、流量等数据。它包括数据采集器和现场仪表。

对于数据采集系统而言，测漏对采集系统的主要指标是要求采样速度至少应该达到100ms一次。现在一般的数据采集模块都能满足需求。为了提高定位精度，应该实现各数据采集站时钟同步，即采集GPS卫星时钟数据，给采集数据加上时间标签。

1.2通信系统

因为要实时对比输油管道沿线各站的压力等数据，因此，通信在测漏系统中发挥着关键的作用，也是目前测漏系统中故障率最高的环节。常用的通信方式有：局域网、电台、3G//电话宽带等公网，一般可根据现有条件优选。为了保证系统的可靠性，可同时采取两种方式，互为备用。

1.3软件

①小波分析

小波分析是上世纪八十年代后期发展起来的应用数学分支，它是一种信号的时间-尺度分析，在时、频中均具有表征信号局部特征的能力，是Fourier分析的发展。与Fourier变换相比，小波变换在时、频域中均具有表征信号局部特征的能力，适用于辨识信号的奇异点及计算奇异性的大小，是近年来非常活跃的一种信号处理方法，被誉为“数学的显微镜”。小波变换作为一种新的信号处理技术，已经在许多工程领域中得到了应用。利用小波变换的极值可以检测信号的边沿，并且可以抑制噪声。因此，用小波变换可以使压力下降边沿更加清晰，从而容易确定时间差。

②相关分析

相关分析是一种非常有用的数学处理方法，它经常用来比较两组数据、两个图形的相似性。由于输油管道是一个压力系统，我们通过测漏系统实时得到的输油管道两端压力变化的数据肯定是相关的，具有相似性，只是时间先后不同，而压力变化波动时间的时间差正是计算压力源位置的关键。

二、输油管道泄漏监测系统设计

输油管道泄漏监测系统由子站参数采集、监控中心泄漏检测及定位和通信三部分组成,系统所完成的功能是实现输油管道的在线实时泄漏检测,对泄漏能够及时发现,准确确定泄漏点位置。子站参数采集部分的作用是采集管道输油工况参数,在输送站的进出口处分别安装压力变送器、流量变送器等,采集并处理实时检测数据,并通过通信系统远传至监控中心的主计算机。监控中心泄漏监测及定位部分的作用是在线实时监测输油管道,对泄漏点能够及时发现和准确定位,泄漏检测实行以软件为主的方式,中心站中的计算机对现场采集的实时数据进行分析处理,当发现数据异常时,则计算泄漏点的位置,并发出报警信号。

软件设计采用了模块化和面向对象的设计方法和技术,具有灵活可靠的特点。通信模块接收各子站下位机传来的数据，将数据进行信号滤波,结合泄漏检测与定位算法进行分析和处理,发现泄漏和定位泄漏点；同时将压力、流量等数据进行实时曲线显示,并将这些数据存储在数据库中。还包括用户管理模块和统计模块进行管理和人机交互。系统软件构成如图1所示。

三、管道泄漏监测系统对SCADA系统平台的需求

3.1压力和流量的采样时间最好小于50ms，以保证定位精度。对温度的采样时间没有特殊要求。

3.2通信系统最好采用光缆通信，以保证SCADA系统本身及泄漏监测系统的通信速度。

3.3泄漏监测系统也需要利用SCADA系统现有的通信网络或数据库在输油管道始、末站之间双向传输信号。

3.4在每条管道的两端，都可以通过SCADA系统同时获得该线路本端及另一端的压力、流量和温度的采样信号。

3.5运行泄漏监测系统的计算机要保证128K的网络带宽。

3.6泄漏监测系统最多每隔10s就可以从SCADA系统获得一次所有管道更新的采样数据，而且所获得的最新采样数据所对应的时间与当前实际时间的最大延迟不能超过10s。

3.7SCADA系统应该提供全部的、具有相同采样间隔的流量和压力检测信号。

3.8数据库中至少要存储72h的历史数据。

3.9提供标准的通信及数据库接口；采用WindowsNT平台。

图1监控中心软件的构成

四、石油管道泄漏检测的性能评价

4.1准确性。输油管道发生泄漏后，这些管道泄漏检测系统应能迅速准确地确定，同时还要具有正确的报警率和较高的可靠性。

4.2灵敏性。在发生管道泄漏后的检测时，需要对泄漏量的范围做一个确定，要求检测系统能检测到最小泄漏量时，发出正确的报警指示。

4.3泄漏定位精确性。发生输油管道泄漏之后，不仅要准确地检测到管道泄漏，还要精确的定位泄漏点，并把它提供给检测者，这要求定位的泄漏点与实际的泄漏点之间的距离要尽可能的小。

4.4实时性。从泄漏发生至检测人员获得泄漏信息的时间间隔要尽可能短，使检测人员能够实时的掌握泄漏事故的情况，便于采取及时有效地措施，将由此带来的损失减少到最低。

4.5自适应性。检测系统还应具有一定的通用性，即在各种检测环境、不同输送流体的状况下，仍能适应。

4.6易维护性。如果系统发生故障，应方便维护人员进行调整、维修。

4.7性价比高。检测系统的性能与花费在建立系统、操作运行以及后续维护的成本比值高。

五、系统的特点和应用前景

试验和运行结果表明，该系统具有以下几个特点：

5.1系统采用光纤数据通信，因而实现了输油管道的实时泄漏检测和定位。

5.2系统在进行泄漏检测和定位时，除采用了先进的算法（如小波变换等）外，还引进了专家知识，使系统具有较高的泄漏检测灵敏度和定位精度，同时具有较好的抗站内工况扰动的能力。

5.3系统采用两种方法同时独立地进行泄漏检测和定位，提高了系统泄漏检测的可靠性和泄漏定位的精度。整个泄漏检测和定位的过程全部自动地进行，无需人为干预。

5.4系统具有网上远程监视功能；系统采用工业仪表，易于实现。

六、结语

泄漏监测不仅成为目前输送管道安全生产管理的重要工作内容，今后也将是管道正常运行不可缺少的保障。实现输送管道的泄漏监测，对于及时发现泄漏故障、确保生产和管线的安全运行、保障人身安全、提高长输管道的现代化管理水平等都具有重要的意义。

参考文献：

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