CN104976518B - 一种海底管线泄漏监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海底管线泄漏监测系统，包括控制器、流量传感器、压力传感器、温度传感器和中心主计算机；待监测管线的入口端和出口端均设置有、一流量传感器、一压力传感器和一温度传感器，入口端流量传感器、压力传感器和温度传感器实时采集入口端的流量、压力和温度信号，并发送给第一控制器；出口端流量传感器、压力传感器和温度传感器实时采集出口端的流量、压力和温度信号，并发送给第二控制器；各控制器将信号通过以太网交换机发送给中心主计算机，其内的泄露监测系统将信息实时显示，并判断待监测管线是否发生泄漏，如发生泄漏，则进行泄漏报警，并计算和显示泄漏量和泄漏位置；中心主计算机将接收的信号、判断结果发送给各远程监控设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测系统，特别是关于一种海底管线泄漏监测系统。
背景技术
随着海底管线的不断增加，海底管线渐渐成为海上油气生命线。由于海底环境复杂，海底管线容易老化和腐蚀，从而导致海底管线发生泄漏。海底管线发生泄漏一方面会对环境造成污染，另一方面会造成经济损失，更严重的会造成人员伤亡，因此海底管线泄漏监测成为越来越亟需解决的技术难题。
国内对陆地管道泄漏监测技术研究较多，主要方法有负压波法和声波法，由于负压波法和声波法对噪声敏感度高，而海底环境复杂，因此负压波法和声波法很难应用于海底管线泄露的监测中。目前，国内未出现成熟的用于海底管线泄漏监测方法和装置。国外对海底管线的泄漏监测研究领先于国内，并已在很多管线上进行实际应用。国外现有的海底管线的泄漏监测方法主要有压力点分析法、光纤法和实时模型，其中，压力点分析法的监测结果受仪器影响较大，光纤法需要对海底管线进行改造，且改造难度大，易破坏海底管线，实时模型监测价格昂贵，成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种监测准确、成本低，且便于实施的海底管线泄漏监测系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海底管线泄漏监测系统，其特征在于：它包括两个控制器、两流量传感器、两压力传感器、两温度传感器、一以太网交换机、一中心主计算机和若干远程监控设备；待监测管线的入口端和出口端均设置有一所述流量传感器、一所述压力传感器和一所述温度传感器，所述待监测管线入口端的所述流量传感器、压力传感器和温度传感器用于实时采集入口端的流量、压力和温度信号，并将采集的流量、压力和温度信号发送给第一控制器；所述待监测管线出口端的所述流量传感器、压力传感器和温度传感器用于实时采集出口端的流量、压力和温度信号，并将采集的流量、压力和温度信号发送给第二控制器；所述第一控制器和所述第二控制器将接收的信号通过所述以太网交换机发送给所述中心主计算机；所述中心主计算机内设置有一泄露监测系统，所述泄露监测系统将接收到的所述待监测管线入口端和出口端的信号以及获取的管道状态信息进行实时显示，并判断所述待监测管线是否发生泄漏，如果发生泄漏，则进行泄漏报警，并计算和显示泄漏量和泄漏位置；同时，所述中心主计算机将接收到的所述待监测管线入口端和出口端的信号、判断结果实时发送给所述远程监控设备进行显示。
所述泄漏监测系统包括管道信息模块、数据连接模块、数据库、数据处理模块、第一显示模块、计算模块、第二显示模块和生成报表模块；所述管道信息模块用于获取所述待监测管线的管道基本信息、介质信息和管道潜在泄漏参数信息，并将获取信息通过所述第一显示模块进行显示，同时发送给所述计算模块；所述数据连接模块用于接收所述第一控制器和所述第二控制器发送的流量、压力和温度信号组成的现场数据，并将接收的现场数据存储到所述数据库中；所述数据处理模块从所述数据库中读取现场数据，对流量、压力和温度信号进行去噪处理，对去噪结果进行判断并确定每一所述流量传感器、压力传感器、温度传感器和控制器的运行状况，并通过所述第一显示模块进行实时显示；同时判断每一所述流量传感器、压力传感器、温度传感器与相应控制器的连接是否正常，如果出现故障，则通过所述第一显示模块进行控制器故障显示；所述数据处理模块根据去噪后现场数据中的流量和压力判断所述待监测管线的状态，并将判断结果发送给所述计算模块，其中，所述待监测管线的状态分为以下三种情况：当所述待监测管线入口端和出口端的流量和压力均为零时，所述待监测管线处于停运状态；当所述待监测管线入口端和出口端的流量和压力均不为零时，所述待监测管线处于运行状态；当所述待监测管线入口端和出口端的流量为零，压力不为零时，所述待监测管线处于关闭状态；当所述待监测管线处于运行状态时，所述计算模块采用模式识别方法对所述待监测管线所处的操作工况进行识别，得出当前所述待监测管线处于的操作工况，并通过所述第二显示模块进行显示，其中，操作工况包括稳态、小瞬变状态和大瞬变状态；当所述待监测管线处于稳态时，所述计算模块采用质量守恒方法计算质量平衡项，并将计算得到的质量平衡项作为统计参数采用多重序贯概率比进行统计分析，得到七个序贯概率比对数；将七个序贯概率比对数与稳态下设定的阈值进行比较，如果其中的一个或多个超过稳态下设定的阈值，则判定所述待监测管线发生了泄漏；所述计算模块再次采用模式识别进一步确认所述待监测管线是否发生操作工况的改变，如果发生操作工况的改变，则根据改变后的操作工况再一次计算七个序贯概率比对数，并将计算的七个序贯概率比对数与改变后操作工况下的阈值进行比较，判断是否发生泄漏；一旦确认所述待监测管线发生了泄漏，则所述计算模块通过所述第二显示模块进行泄漏预警提示；所述计算模块计算得到泄漏预警提示后，根据此时的所述待监测管线的流量、温度、压力信息以及所述管道信息模块发送的的管道基本信息、介质信息和管道潜在泄漏参数信息，并采用水力坡降线法或者负压波法进行泄漏定位；当所述待监测管线两端均有流量时，采用水力坡降线法进行泄漏定位；当所述待监测管线一端无流量或者两端均无流量时，采用负压波法进行泄漏定位；同时，通过质量平衡项与此时的质量流量计算泄漏量和泄漏百分比，并将计算的泄漏量、泄漏百分比和定位的泄漏位置通过所述第二显示模块进行显示；另外，所述计算模块根据接收的不同时刻质量平衡项、概率比对数以及所述待监测管线入口端和出口端的流量、温度和压力值生成曲线图，并根据压力值生成压降曲线，将生成的曲线图通过所述第二显示模块进行显示；所述计算模块将计算的泄漏量、泄漏位置信息发送给所述生成报表模块，所述生成报表模块根据接收到的信息结合外界输入的泄漏海域、泄漏原因信息生成word报表，并将生成的word报表发送给泄漏监测数据库。
所述数据连接模块有数据连接、快速连接和暂停三种基本功能，数据连接实现的是连接所述控制器的设定，即通过对数据连接的设置来选择连接哪一个所述控制器数据；快速连接实现的是自动连接上一次连接的所述控制器数据；暂停实现的是停止获得某一段时间的所述控制器数据，在重新连接后接着获取所述控制器所传的数据。
所述数据处理模块对现场数据进行去噪处理时，采用小波去噪的方法。
所述计算模块采用质量守恒方法计算质量平衡项的具体过程为：所述待监测管线入口端的质量流量减去所述待监测管线出口端的质量流量和管存的变化量，得到质量平衡项。
所述第一控制器和第二控制器采用PLC。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明包括控制器、流量传感器、压力传感器、温度传感器、以太网交换机、中心主计算机和远程监控设备，流量传感器、压力传感器、温度传感器将采集的信号发送给控制器，控制器通过以太网交换机将信号发送给中心主计算机内设置有一泄露监测系统，泄露监测系统根据接收的信号判断待监测管线是否发生泄漏，如果发生泄漏，则进行泄漏报警，并进一步计算和显示泄漏量和泄漏位置，所用器件易于获取、价格低廉、成本低，能够实现对海底管线进行泄漏监测，且能够对于泄露位置进行精确定位。2、本发明的泄露监测系统包括管道信息模块、数据连接模块、数据库、数据处理模块、第一显示模块、计算模块、第二显示模块和生成报表模块，能够实现信息的输入和信号的接收，并能够根据输入的信息和接收的信号判断待监测管线是否发生泄漏，以及发生泄漏时的泄漏量和泄漏位置，计算模块采用两次统计分析和模式识别方法判断是否发生泄漏，计算模块根据待监测管线当前的流量、温度、压力信息采用水力坡降线法或者负压波法进行泄漏定位，从而降低误报警率，提高定位精度。3、本发明的数据处理模块在对现场数据进行处理前，首先采用小波去噪的方法进行去噪处理，从而去除由于受海底周围环境的影响，现场数据中含有的噪声，对降低误报警率起到了一定的作用。4、本发明计算模块采用质量守恒方法计算质量平衡项的具体过程为：待监测管线入口端的质量流量减去待监测管线出口端的质量流量和管存的变化量，得到质量平衡项，相比较于传统的质量守恒方法，考虑了管存因素对计算结果的影响，因为可以使计算结果更加准确。本发明可以广泛应用于海底管线泄漏的监测过程中。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明泄漏监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的海底管线泄漏监测系统，能够对海底单相流管道和天然气管道进行泄漏监测，其中，单相流管道内全部为气体，天然气管道内的液体天然气的体积含量不超过10％，它包括两个控制器1、两流量传感器、两压力传感器、两温度传感器、一以太网交换机2、一中心主计算机3和若干远程监控设备4。
待监测管线5的入口端和出口端均设置有一流量传感器、一压力传感器和一温度传感器，待监测管线5入口端的流量传感器、压力传感器和温度传感器用于实时采集入口端的流量、压力和温度信号，并将采集的流量、压力和温度信号发送给第一控制器。待监测管线5出口端的流量传感器、压力传感器和温度传感器用于实时采集出口端的流量、压力和温度信号，并将采集的流量、压力和温度信号发送给第二控制器。第一控制器和第二控制器将接收的信号通过以太网交换机2发送给中心主计算机3。中心主计算机3内设置有一泄露监测系统30，泄露监测系统30将接收到的待监测管线5入口端和出口端的信号以及获取的管道状态信息进行实时显示，并判断待监测管线5是否发生泄漏，如果发生泄漏，则进行泄漏报警，并计算和显示泄漏量和泄漏位置。同时，中心主计算机3将接收到的待监测管线5入口端和出口端的信号、判断结果实时发送给各远程监控设备4进行显示，因此不同位置的工作人员可以实时获取待监测管线5的信号。
在一个优选的实施例中，第一控制器和第二控制器可以采用PLC(可编程控制器)。
如图2所示，在一个优选的实施例中，泄漏监测系统30包括管道信息模块301、数据连接模块302、数据库303、数据处理模块304、第一显示模块305、计算模块306、第二显示模块307和生成报表模块308。
管道信息模块301用于获取待监测管线5的管道基本信息、介质信息和管道潜在泄漏参数信息，并将获取信息通过第一显示模块305进行显示，同时发送给计算模块306。其中，管道基本信息包括管道材料、管道长度、管道直径、管道壁厚、管道弹性模量等，介质信息包括管道内流体的主要组成成分以及比例，管道潜在泄漏参数是指管道泄漏百分比，用于减少泄漏监测时间，是基于大量运行数据之后得到的统计参数。
数据连接模块302用于接收第一控制器和第二控制器发送的流量、压力和温度信号组成的现场数据，并将接收的现场数据存储到数据库303中。数据连接模块302有数据连接、快速连接和暂停三种基本功能，数据连接实现的是连接控制器1的设定，即通过对数据连接的设置来选择连接哪一个控制器1数据；快速连接实现的是自动连接上一次连接的控制器1数据；暂停实现的是停止获得某一段时间的控制器1数据，在重新连接后接着获取控制器1所传的数据。
数据处理模块304从数据库303中读取现场数据，对流量、压力和温度信号进行去噪处理，并判断去噪处理后的流量、压力和温度信号是否超过传感器量程，是否在一段时间内出现停滞数据，是否超出正常波动范围等，从而得到每一流量传感器、压力传感器、温度传感器和控制器1的运行状况，并通过第一显示模块305进行实时显示。同时判断每一流量传感器、压力传感器、温度传感器与相应控制器1的连接是否正常，如果出现故障，则通过第一显示模块305进行控制器1故障显示。从而使工作人员可以实时观察待监测管线5入口端和出口端的流量传感器、压力传感器和温度传感器的运行状况。
此外，数据处理模块304根据去噪后现场数据中的流量和压力判断待监测管线5的状态，并将判断结果发送给计算模块306，其中，待监测管线5的状态分为以下三种情况：当待监测管线5入口端和出口端的流量和压力均为零时，待监测管线5处于停运状态。
当待监测管线5入口端和出口端的流量和压力均不为零时，待监测管线5处于运行状态。
当待监测管线5入口端和出口端的流量为零，压力不为零时，待监测管线5处于关闭状态。
当待监测管线5处于运行状态时，计算模块306采用模式识别方法对待监测管线5所处的操作工况进行识别，得出当前待监测管线5处于的操作工况，并通过第二显示模块307进行显示。其中，操作工况包括稳态、小瞬变状态和大瞬变状态。稳态是指待监测管线5中的流体按照稳定的流速、压力和温度运行，小瞬态是指当流量等参数进行微调或波动时，待监测管线5内的运行状态，大瞬态是指开关待监测管线5上的一些仪器等造成待监测管线5内的流体性质发生较大变化时的运行状态。这三种操作工况是由起泵、关泵、开阀、关阀、增大流量、减小流量等操作引起的。
之所以进行操作工况识别，是因为在不同的操作工况下，计算模块306的敏感度不一样，此时会影响计算模块306对泄露的判断。敏感度是指计算模块306对泄漏的反应；当待监测管线5处于稳态时，计算模块306的敏感性最高。当待监测管线5处于小瞬变状态时，计算模块306的敏感性降低。当待监测管线5处于大瞬变状态时，计算模块306的敏感度最低。
当待监测管线5处于稳态时，计算模块306采用质量守恒方法(压力点分析)计算质量平衡项，并将计算得到的质量平衡项作为统计参数采用多重序贯概率比进行统计分析，得到七个序贯概率比对数。将七个序贯概率比对数与稳态下设定的阈值(与误报警率和漏报警率相关)进行比较，如果其中的一个或多个超过稳态下设定的阈值，则判定待监测管线5发生了泄漏。
考虑到待监测管线5操作状态的改变，计算模块306再次采用模式识别进一步确认待监测管线5是否发生操作工况的改变，如果发生操作工况的改变，则根据改变后的操作工况再一次计算七个序贯概率比对数，并将计算的七个序贯概率比对数与改变后操作工况下的阈值进行比较，判断是否发生泄漏，从而降低了误报警率。一旦确认待监测管线5发生了泄漏，则计算模块306通过第二显示模块307进行泄漏预警提示。
计算模块306计算得到泄漏预警提示后，根据此时的待监测管线5的流量、温度、压力信息以及管道信息模块301发送的的管道基本信息、介质信息和管道潜在泄漏参数信息，并采用水力坡降线法或者负压波法进行泄漏定位。
当待监测管线5两端均有流量时，采用水力坡降线法进行泄漏定位；
当待监测管线5一端无流量或者两端均无流量时，采用负压波法进行泄漏定位；
同时，通过质量平衡项与此时的质量流量计算泄漏量和泄漏百分比，并将计算的泄漏量、泄漏百分比和定位的泄漏位置通过第二显示模块307进行显示。
另外，计算模块307根据接收的不同时刻质量平衡项、概率比对数以及待监测管线5入口端和出口端的流量、温度和压力值生成曲线图，并根据压力值生成压降曲线，将生成的曲线图通过第二显示模块307进行显示。工作人员通过观察概率比对数曲线能够大体估算出泄漏量，通过观察质量平衡项曲线能够大体判断管道是否发生泄漏，通过观察压降曲线能够实时显示当前管道的压力分布。
计算模块307将计算的泄漏量、泄漏位置等信息发送给生成报表模块308，生成报表模块308根据接收到的信息结合外界输入的泄漏海域、泄漏原因等信息生成word报表，并将生成的word报表发送给已有的泄漏监测数据库，泄漏监测数据库用于记录历史泄漏信息，为以后的泄漏监测提供参考。
在一个更加优选的实施例中，数据处理模块304对现场数据进行去噪处理时，可以采用小波去噪的方法，从而去除由于受海底周围环境的影响，现场数据中含有一定的噪声，对降低误报警率起到了一定的作用。
在一个更加优选的实施例中，计算模块306采用质量守恒方法计算质量平衡项的具体过程为：待监测管线5入口端的质量流量减去待监测管线5出口端的质量流量和管存的变化量，得到质量平衡项。传统的质量守恒方法计算质量平衡项的具体过程为：待监测管线5入口端质量流量减去待监测管线5出口端的质量流量，等到质量平衡项。相比较于传统的质量守恒方法，本发明的质量守恒方法考虑了管存因素对计算结果的影响，因为可以使计算结果更加准确。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (6)
1.一种海底管线泄漏监测系统，其特征在于：它包括两个控制器、两流量传感器、两压力传感器、两温度传感器、一以太网交换机、一中心主计算机和若干远程监控设备；
待监测管线的入口端和出口端均设置有一所述流量传感器、一所述压力传感器和一所述温度传感器，所述待监测管线入口端的所述流量传感器、压力传感器和温度传感器用于实时采集入口端的流量、压力和温度信号，并将采集的流量、压力和温度信号发送给第一控制器；
所述待监测管线出口端的所述流量传感器、压力传感器和温度传感器用于实时采集出口端的流量、压力和温度信号，并将采集的流量、压力和温度信号发送给第二控制器；所述第一控制器和所述第二控制器将接收的信号通过所述以太网交换机发送给所述中心主计算机；
所述中心主计算机内设置有一泄露监测系统，所述泄露监测系统将接收到的所述待监测管线入口端和出口端的信号以及获取的管道状态信息进行实时显示，并判断所述待监测管线是否发生泄漏，如果发生泄漏，则进行泄漏报警，并计算和显示泄漏量和泄漏位置；同时，所述中心主计算机将接收到的所述待监测管线入口端和出口端的信号、判断结果实时发送给所述远程监控设备进行显示；
所述泄漏监测系统包括管道信息模块、数据连接模块、数据库、数据处理模块、第一显示模块、计算模块、第二显示模块和生成报表模块；
所述管道信息模块用于获取所述待监测管线的管道基本信息、介质信息和管道潜在泄漏参数信息，并将获取信息通过所述第一显示模块进行显示，同时发送给所述计算模块；
所述数据连接模块用于接收所述第一控制器和所述第二控制器发送的流量、压力和温度信号组成的现场数据，并将接收的现场数据存储到所述数据库中；
所述数据处理模块从所述数据库中读取现场数据，对流量、压力和温度信号进行去噪处理，对去噪结果进行判断并确定每一所述流量传感器、压力传感器、温度传感器和控制器的运行状况，并通过所述第一显示模块进行实时显示；同时判断每一所述流量传感器、压力传感器、温度传感器与相应控制器的连接是否正常，如果出现故障，则通过所述第一显示模块进行控制器故障显示；所述数据处理模块根据去噪后现场数据中的流量和压力判断所述待监测管线的状态，并将判断结果发送给所述计算模块，其中，所述待监测管线的状态分为以下三种情况：当所述待监测管线入口端和出口端的流量和压力均为零时，所述待监测管线处于停运状态；当所述待监测管线入口端和出口端的流量和压力均不为零时，所述待监测管线处于运行状态；当所述待监测管线入口端和出口端的流量为零，压力不为零时，所述待监测管线处于关闭状态；
当所述待监测管线处于运行状态时，所述计算模块采用模式识别方法对所述待监测管线所处的操作工况进行识别，得出当前所述待监测管线处于的操作工况，并通过所述第二显示模块进行显示，其中，操作工况包括稳态、小瞬变状态和大瞬变状态；当所述待监测管线处于稳态时，所述计算模块采用质量守恒方法计算质量平衡项，并将计算得到的质量平衡项作为统计参数采用多重序贯概率比进行统计分析，得到七个序贯概率比对数；将七个序贯概率比对数与稳态下设定的阈值进行比较，如果其中的一个或多个超过稳态下设定的阈值，则判定所述待监测管线发生了泄漏；所述计算模块再次采用模式识别进一步确认所述待监测管线是否发生操作工况的改变，如果发生操作工况的改变，则根据改变后的操作工况再一次计算七个序贯概率比对数，并将计算的七个序贯概率比对数与改变后操作工况下的阈值进行比较，判断是否发生泄漏；一旦确认所述待监测管线发生了泄漏，则所述计算模块通过所述第二显示模块进行泄漏预警提示；所述计算模块计算得到泄漏预警提示后，根据此时的所述待监测管线的流量、温度、压力信息以及所述管道信息模块发送的管道基本信息、介质信息和管道潜在泄漏参数信息，并采用水力坡降线法或者负压波法进行泄漏定位；当所述待监测管线两端均有流量时，采用水力坡降线法进行泄漏定位；当所述待监测管线一端无流量或者两端均无流量时，采用负压波法进行泄漏定位；同时，通过质量平衡项与此时的质量流量计算泄漏量和泄漏百分比，并将计算的泄漏量、泄漏百分比和定位的泄漏位置通过所述第二显示模块进行显示；另外，所述计算模块根据接收的不同时刻质量平衡项、概率比对数以及所述待监测管线入口端和出口端的流量、温度和压力值生成曲线图，并根据压力值生成压降曲线，将生成的曲线图通过所述第二显示模块进行显示；
所述计算模块将计算的泄漏量、泄漏位置信息发送给所述生成报表模块，所述生成报表模块根据接收到的信息结合外界输入的泄漏海域、泄漏原因信息生成word报表，并将生成的word报表发送给泄漏监测数据库。
2.如权利要求1所述的一种海底管线泄漏监测系统，其特征在于：所述数据连接模块有数据连接、快速连接和暂停三种基本功能，数据连接实现的是连接所述控制器的设定，即通过对数据连接的设置来选择连接哪一个所述控制器数据；快速连接实现的是自动连接上一次连接的所述控制器数据；暂停实现的是停止获得某一段时间的所述控制器数据，在重新连接后接着获取所述控制器所传的数据。
3.如权利要求1所述的一种海底管线泄漏监测系统，其特征在于：所述数据处理模块对现场数据进行去噪处理时，采用小波去噪的方法。
4.如权利要求2所述的一种海底管线泄漏监测系统，其特征在于：所述数据处理模块对现场数据进行去噪处理时，采用小波去噪的方法。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种海底管线泄漏监测系统，其特征在于：所述计算模块采用质量守恒方法计算质量平衡项的具体过程为：所述待监测管线入口端的质量流量减去所述待监测管线出口端的质量流量和管存的变化量，得到质量平衡项。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种海底管线泄漏监测系统，其特征在于：所述第一控制器和第二控制器采用PLC。
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