基于低频声波和负压波的管道泄漏监测系统.pdf

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1、第3 fJ 卷 1 J 【J J( 2 0 1 4 0 1 )( 产品视点) 基于低频声波和负压波的管道泄漏监测系统 李文杰 中国 石化胜 利 油田 分公司 油 气集 输总厂 摘要：基于低频声波和负压波的管道泄漏监测 系统在孤永东长输管道孤岛原油库到永安输 油站段 的现场试验表 明，该 系统可以准确地 自动识 别出大于管道瞬时流量0 5 的泄漏 ；大于管 道瞬时流量1 的泄漏能够定位在距离实际泄漏点2 0 0 m以内；能够准确区分泄漏信号和站内操 作等外部干扰信号以及正常信号，解决了负压波法在扰动复杂频繁的情况下误报率高的问题； 系 统的定位精度有所提高，小流量泄漏自 动报警的漏报率有所降低，

2、达到了预期的应用效果。 关键词：低频声波；负压波；管道泄漏 ；监测系统；报警；定位精度 d o i ： l O 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 6 6 8 9 6 2 0 1 4 1 0 6 0 油气管道泄漏监测定位系统的主要功能是实时 监测长输管道内的流体是否发生泄漏并在泄漏时对 泄漏点进行报警和定位，以确保油气管道安全平稳 运行 。 胜利油 田孤永东输油管道起始于孤岛原油库 ， 途经永安输油站，终至东营原油库，全长6 4 5 k m， 设计压力 4 0 MP a ，设计最大输油能力 8 4 0 X 1 0 t a 。 安装在该长输管道中的负压波泄漏监测系统和 低频声波泄漏监测系

3、统在实际运行 中各有优缺点 ， 互补性较强。对这两套系统进行重新整合和技术改 进，会有效提高系统定位精度并降低 自 动报警的误 报率。 1 负压波法的原理和优缺点 负压波法的原理是 当输油管道发生泄漏时 ，泄 漏点处由于管道内外的压差，流体迅速流失，压力 下降，泄漏点两边的液体由于存在压差而向泄漏点 处补充，这一过程依次向上、下游传递，相当于泄 漏点处产生了以一定速度传播的负压波。因此依据 泄漏产生的瞬时负压波传播到上、下游的时间差可 推算出泄漏点的位置。负压波的传播速度取决于管 壁的弹性和液体的压缩性，在钢质原油长输管道内 负压波的传播速度一般约为l 0 0 0 I 2 0 0 m s 。要

4、实 现定位的准确，需精确计算出负压波在管道内流体 中的传播速度和首、末端压力传感器接收负压波的 时间差。 负压波法 管道泄漏监测系统 的优 点是造价较 低，可借助多种软、硬件技术较好地解决大流量泄 漏和突发性泄漏 的监测问题。缺点是在工况扰动频 繁的情况下误报率较高，在缓慢的泄漏和小流量泄 漏情况下漏报率较高。 2 低频声波法的原理和优缺点 低频声波法的原理是当管道发生泄漏时，泄漏 产生的声波分布在很宽的频谱上 ，在 6 - 8 0 k H z 之 间，其中低于2 0 H z 的低频声波的特征信号可以在 因素要靠估算人员的判断能力和经验估计确定，势 必影响估算投资的准确性。 5 结语 在目前大

5、庆油田大面积推广实施三元复合驱 油 ，驱油工艺不断更新 、驱油成本不断加大的情况 下，为了减少估算投资与概算投资差异，首先要求 估算人员加强业务学习，不断总结工作中的经验教 训，学习相关专业知识 ，拓展知识面，只有这样才 能不断提高 自身业务水平 ，提高估算准确度 ；其 次，建立与造价中心联系机制， 包括与经济专业科 室在设备材料价格信息的共享，避免因价格信息滞 后所导致的投资偏差，同时要重视估算投资指标编 制工作 ，估算指标所采用设备材料价格要及时更 新，真正做到量价分离，便于操作 ； 再次，针对目 前规划人员所开列工程量深度不够 、不规范等问 题，建议针对可行性研究报告和方案设计阶段编制

6、工程量开列模版，并以主管设计部名义下发到各科 室执行，从而减少规划人员不按设计规范、 设计标 准要求开列较粗工程量所导致估算投资与概算投资 偏差，切实使估算投资在方案优化和项 目 决策、控 制投资等方面发挥真正的作用。 ( 栏目主持樊韶华) 一9 O一 油气田地面工程( h b t p ： w w w y q t d m g c c o rn) 卷第 1 ! J J( 2 0 1 4 0 1 )( 产品视点) 管道 内远距离传播 ，并与工况扰动所产生的声波有 不同的信号特征。安装在管道首、末端的低频声波 传感器实时采集沿管道 内介质传播的低频声波信 号， 依据对泄漏信 的分析来监测是否发生泄漏

7、。 低频声波法所采用的传感器具有灵敏度高、动 态响应性能好的特点。负压波法所采用传感器的响 应速度为 1 0 k H z ，采样周期为1 0 0 m s ；而低频声波 法所采用传感器的响应速度为 1 0 0 k H z ，采样周期 为 1 0 ms 。理论上管道泄漏监测 的定位精度可 以达 到1 0 m左右，低频声波法可以提高定位精度和更 小泄漏量的识别率 。 低频声波法管道泄漏监测系统的优点是造价适 中，信号特征传播距离远。工况扰动所产生的低频 声波有不同的信号特征，依此可以辨别站内操作和 扰动，克服了负压波法的缺点，能够探测到较小流 量的泄漏。该方法的缺点是对小流量的泄漏和缓慢 泄漏仍存在

8、检测灵敏度和定位精度不高的问题。 3 两套不同系统的整合改进 由负压波法和低频声波法各 自的优缺点可以看 出，两者有较强的互补性。以此为依据，将已经安 装在孤岛原油库和永安输油站段的负压波传感器的 信号和低频声波传感器的信号重新整合集成到能够 同时处理这两种信号的泄漏监测系统中，通过基于 多种传感器信号融合的方法，对这两种传感器信号 发生泄漏可能性的评价结果进行一致性和互补性分 析和判断，来提高泄漏点报警的准确度和定位的精 确度。当工况干扰导致负压波和低频声波这两种不 同传感器的泄漏监测结果不一致时，该整合方法可 以克服单一传感器的影响，正确识别出泄漏，从而 提高泄漏监测系统的报警和定位性能。

9、 4 系统的组成 4 1 硬件部分 基于低频声波和负压波管道泄漏监测系统的硬 件部分，包括安装于管道首端和末端的低频声波和 负压波的组合式传感器、专用数据采集器、中心监 测定位主机 、G P S 授时器 、通信网络。其中低频声 波和负压波的组合式传感器包括低频声波传感器、 负压波传感器 、信号放大转换器及组合式安装器 件。低频声波传感器用于测量管道频率范围低于 2 O H z 的声波 ；负压波传感器用于测量管道静态压 力；信号放大转换器将低频声波和负压波信号放大 后转变成4 2 0 m A D C 信号输出；组合式安装器件 将低频声波和负压波传感器进行联接，并通过镀锌 钢管与管道开孑 L 联通

10、后安装于管道首、末端，便于 测量管道实时运行状态。 系统中所包含的专用数据采集器是由中央处理 器、存储器、 输入模块、通信模块、电源模块等组 成的内部装有专用数据采集处理程序的一体化可编 程逻辑控制器。其中中央处理器，作为专用数据采 集器的核心采用 1 6 位微处理器 ，对程序和数据进 行高速处理；存储器用于存储专用数据采集处理程 序和采集处理后的数据；输入模块将模拟低频声波 信号、负压波信号分别进行模数转换；通信模块将 转换为可以处理的数字信号的低频声波、负压波、 流量 、温度等数据，通过通信网络传送给中心监测 定位主机 ；电源模块用于给专用数据采集器提供 2 4 V 直流稳压电源。 系统中

11、组合式安装器件里所包含的低频声波传 感器和负压波传感器 通过管路联通至原油长输管 道，3 个阀门分别用于开启和关闭通往低频声波传 感器、负压波传感器和总汇管的通道。 G P S 授时器从 G P S 地球同步卫星上获取微秒级 的标准时钟信号信息，为各个数据采集器传输的数 据加上统一的标准时间标签，使得分布于管道首 、 末端的数据采集节点间的系统时钟保持同步，从而 确保了定位的高精确性。 ， 通信网络采用专用光纤网络、专用卫星网络 、 专用无线微波网络。 4 2 软件部分 系统的软件部分包括作为上位机程序的基于低 频声波和负压波管道泄漏监测与定位软件，以及作 为下位机程序的专用数据采集器内置的采

12、集程序。 上位机程序安装于中心监测定位主机内，通过通信 网络接收来自管道首、末端的专用数据采集器传来 的数据，自 动进行实时监测、分析、报警及定位。 5 应用效果 基于低频声波和负压波管道泄漏监测系统在孤 永东长输管道孤岛原油库到永安输油站段的现场试 验表明，该系统可以准确地自动识别出大于管道瞬 时流量O 5 的泄漏；大于管道瞬时流量 1 的泄漏 能够定位在距离实际泄漏点2 0 0 m以内；能够准确 区分泄漏信号和站内操作等外部干扰信号以及正常 信号，解决了负压波法在扰动复杂频繁的情况下误 报率高的问题；系统的定位精度有所提高，小流量 泄漏自动报警的漏报率有所降低 ，达到了预期的应 用效果。 ( 栏 目主持樊韶华) 油气田地面工程( h t t p ： w w w y q -h d m g c 。c o m ) 一9 1