王化输油管道泄漏检测系统研究.pdf

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1、 http:/ - 1 -王化输油管道泄漏检测系统研究1 刘恩斌1 李长俊1 孙建忠2 梁党国2 1西南石油学院 四川成都 610500 2 新疆油田油气储运公司 新疆克拉玛依 834000 摘摘 要：要：针对新疆油田王化输油管道的具体情况，研制了一套输油管道泄漏检测系统，它由硬件和软件两部分组成。 提出了实现输油管道泄漏检测的技术原理和工程实现方法， 将小波变换、GPS 校时等先进技术应用到泄漏检测系统中，基于 Visual Basic6.0，采用负压波检测技术编制了一套泄漏检测软件，实际应用表明，该系统性能稳定可靠，能对管道的突发性泄漏做出迅速反应，泄漏定位精度高（管长的 1%以内） ，

2、所需硬件设备较少，投资额度底，满足工程应用要求，有广阔的应用前景。 关键字：关键字：泄漏检测 输油管道 系统 软件 GPS 小波变换 1. 引引 言言 管道输送已成为我国五大运输方式之一， 而泄漏则是管道运行的主要故障， 特别是近年 来管道由于被打孔盗油盗气造成的泄漏事故时常发生， 严重影响了油气田的正常生产， 造成 了巨大的经济损失， 污染了周围环境。 新疆油田公司所属的王化输油管线在2003年以来发生 了十余起打孔盗油事件，严重影响了管道系统的安全运行。因此，结合油田实际情况，我们 开展了输油管道泄漏检测系统的研究。 2 泄漏检测方法泄漏检测方法 管道工业发展的早期， 石油天然气管道的泄漏

3、检测主要采用人工分段巡视的办法， 之后又发明了基于硬件的检漏方法，如检漏电缆法、油检测元件法等。现代泄漏检测及定位技术始于二十世纪八十年代初，它基于管道 SCADA 系统【2】，运用现代分析方法和控制理论，通过对所采集的管道运行数据进行处理并结合管道内流体的流动状态而实现泄漏的检测及定位。 新疆油田王化线投产于 1979 年 10 月，管龄较长，自动化水平几乎为零，为了节省硬件投资， 最终决定采用负压波泄漏检测方法。 其原理如图 1 所示。 当管道因为机械、 人为破坏、管材腐蚀老化等因素发生泄漏时， 管内外压差使流体迅速流失， 泄漏部位的物质损失使临近部位流体密度减小，压力降低，并且以类似于声

4、波向上下游扩散，在管道两端安装的压力传感器分别在1t时刻和2t时刻捕捉到这种信号， 从而判断管道发生了泄漏， 进而根据负压波传到管道两端的时间差以及负压波波速就可以进行泄漏定位。 1 本课题得到四川省重点学科建设项目(SZD0416)资助。 PDF created with pdfFactory trial version http:/ - 2 -盗油点LX传感器传感器t1t2图 1 负压波泄漏检测原理 负压波定位公式： atvavaLX2)()(22+= 式中 X泄漏点距首端测压点的距离，m； L管道全长，m； v管道中油品的流速，m/s； a压力波的传播速度，m/s； t上下游传感器接收到

5、压力波的时间差，s。 由负压波定位公式可得负压波检测的关键技术【3】为： 1） 如何准确的确定负压波在管道中的传播速度； 2） 如何确定泄漏负压波信号传到管道上下游压力传感器的时间差； 3） 如何统一各泵站工控机系统时间，以得到负压波传输到两端的精确的时间差； 4） 如何消除由管道运行工况变化造成的负压波对泄漏检测系统的干扰。 3 管道泄漏检测系统研究管道泄漏检测系统研究 3.1 主要技术经济指标主要技术经济指标 1） 系统反应速度90s； 2） 系统定位精度 检测管段长度的 1%以内； 3） 系统灵敏度5 L/s(能检测到的最小泄漏量)； 4） 系统误报警率为1%。 3.2 泄漏检测系统硬件

6、构成泄漏检测系统硬件构成 负压波法输油管道泄漏监测系统各段所需主要设备有： 1） 压力变送器(2 个)； 2） 温度变送器(2 个)； 3） 数据采集模块(4 个)； 4） 安全栅(2 个)； 5） 工控机、显示器(2 台)； 6） 机柜(2 套)； 7） UPS 稳定电源(2 套)； 8） GPS 接收机(2 套)； PDF created with pdfFactory trial version 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载w w w . b z f x w . c o mhttp:/ - 3 -9） 通讯用电话线路(2 条)。 将以上设备安装完毕

7、后， 通过电话线路将各管段连接组成了王化线泄漏检测系统的硬件部分，如图 2 所示。 信号调理器GPS接收器调制解调器调制解调器昌吉调度室706站王家沟油库石化分输站传感器电话线路去乌石化图 2 王化线泄漏检测系统硬件结构 3.3 泄漏检测系统软件研究泄漏检测系统软件研究 3.3.1 数据采集及通讯软件 数据采集的过程由下位机完成， 下位机定时向数据采集模块发送采集命令， 数据采集模块返回管道参数（压力、温度） ，同时从 GPS 校时器获得 GPST 标准时间，由管道参数和时间标签构成了一段数据，由多段数据构成了一个传输文本，等待上位机传输命令，其流程如图 3 所示。数据通讯为拨号通讯，由上位机

8、定时轮流向下位机拨号，获得数据。 定时发送数据采集命 令给采集模块返回420mA电流信号转换为压力温度数据显示实时数据曲线构成传输文本并保存接到上位机传输命令传输数据是否开始图 3 数据采集流程图 PDF created with pdfFactory trial version w w w . b z f x w . c o mhttp:/ - 4 -3.3.2 泄漏检测软件 泄漏检测软件系统PLDS(Pipeline Leak Detection System)基于Visual Basic 6.0编程环境，系统按照功能分为六个模块，如图 4 所示。 PLD泄漏检测软件通讯参 数 设 置数

9、据 管 理帮助泄 漏 检 测管 道 参 数油 品 参 数电 话 号 码用 户 管 理拨号数 据 传 输历 史 数 据实 时 数 据异 常 记 录指 标 计 算泄 漏 判 断误 报 消 除帮 助 文 档技 术 支 持图 4 上位机泄漏检测软件结构 1） 通讯模块。该模块负责上位机与下位机的数据通讯功能，它通过公用电话网实现点对多数据传输，上位机通过 MODEM 轮流接通下位机 MODEM 后，向下位机定时发送传输命令，并接收下位机数据。 2） 泄漏检测模块。 该模块为泄漏检测系统的核心， 模块主要完成数据的滤波、 数据的处理、泄漏的判定、误报警的消除等工作。其框图见图 5，先对采集到的压力信号采

10、用自适应滤波技术消除噪声，然后对其进行小波变换，将小波变换系数模极大值与阀值作比较，若超过阀值则判断是否是由工况变化所引起，若不是则调用泄漏定位模块，然后发出报警。 接收现场数据数据处理判断是否异常记录异常，调用 泄漏判断模块达到泄漏指标是否工况变化报警系统恢复否否是是是否开始图 5 泄漏检测框图 3） 数据管理模块。 该模块对系统存储的历史数据进行管理， 包括管道参数、 通讯异常记录、PDF created with pdfFactory trial version 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载w w w . b z f x w . c o mhttp

11、:/ - 5 -压力异常记录以及泄漏报警记录。可实现压力信号的动态显示等功能。 4 现场实验研究现场实验研究 2005 年 1 月 21 日上午 11:30 我们在新疆油田王化线组织了泄漏检测实验，在王家沟-石化分输站管段(全长 30.25km)的 1#阀池(6.87km)的截断阀前，安装了放油管线，上接 4 分、6 分、一寸球阀各一个，依次放油，放油时间为 30 秒/次。实验结果如表 1： 表 1 泄漏检测实验结果 接收到泄漏信号时间 王家沟 石化站 定位/米 误差 第一次 11:35:16.234 11:35:30.671 6706.899 - 0.539% 第二次 11:48:23.18

12、7 11:48:37.890 6652.184 - 0.72% 第三次 11:51:23.515 11:51:37.500 6969.8 +0.33% 图 6 王家沟出站压力曲线 图 7 石化分输站进站压力曲线 从图 6、图 7 可以看出三次放油都产生了明显的负压波，我们运用小波算法4准确的提取了压力信号中所包含的负压波信息，定位精度在 1%以内，满足工程应用要求。 5 结论结论 1） 数据采集系统运行稳定，为泄漏检测的进行提供了可靠的数据。 2） 上位机在 90 秒以内对各泵站拨号轮巡一次，数据传输及时可靠。 3） 泄漏检测算法灵敏度高，能有效的对泄漏产生的负压波做出反应。 4） 泄漏定位误

13、差在 1%以内，满足工程应用要求，有广阔的应用前景。 通过泄漏检测系统对王化输油管道进行实时监测，排除了长期影响管道安全运行的隐患，打击了盗油犯罪分子的嚣张气焰，避免了重大安全事故的发生，减少了环境污染，为油田生产的正常进行提供了技术保障。 参考文献 1 刘恩斌，彭善碧，李长俊现代管道泄漏检测技术探讨J管道技术与设备2004(5) PDF created with pdfFactory trial version w w w . b z f x w . c o mhttp:/ - 6 -2 李长俊天然气管道输送M北京：石油工业出版社2000 3 刘恩斌，彭善碧，李长俊等输油管道泄漏检测系统研究

14、J石油工程建设2004(6) 4 刘恩斌，陈柚君，洪荣林等应用小波变换检测油气管道泄漏J石油商计2005 The research of Wang- Hua oil pipeline leakage detection and location system Liu Enbin1 Li Changjun1 Sun Jianzhong2 Liang Dangguo2 1 Southwest Petroleum Institute 610500 2 Xin Jiang oil field 834000 Abstract: Aiming at Wang- Hua oil pipeline of Xi

15、n jiang oil field, we designed a suit of oil pipeline leakage detection and location system, which include hardware and software, and put forward the technique theory and implement method to realize leakage detection and location. Based on Visual Basic6.0, we compiled a suit of oil pipeline leakage

16、detection and location software. The practice indicate that the capability of this system is steady and reliable , and the precision of leakage location is less than 1% of the length of pipeline. Keywords: leakage detection oil pipeline system software GPS wavelet transform 作者简介：刘恩斌，男(汉)，四川遂宁人，1980.10 生，2005.6 毕业于西南石油学院油气储 运工程，获硕士学位，主要从事油气管道故障诊断技术研究。通信地址：四川成都新都区西 南石油学院油气储运研究所，610500。Email： PDF created with pdfFactory trial version 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载