CN108980631A - 一种基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，包括待检管道，所述待检管道上每间隔一段距离安装有一组功能元件(包括管道的两端)，每一组所述功能元件均电连接有一个负责数据采集的远程控制终端(下简称RTU)，多个所述RTU通过无线信号连接有管网数据采集与监视控制系统，所述SCADA系统具有第一通讯接口，所述第一通讯接口通过主线与具有管道泄漏仿真模拟功能的仿真系统的第二通讯接口相连接，所述第二通讯接口通过主线与具有负压波法运算功能的负压波系统的第三通讯接口相连接；本发明所述检测系统集成了负压波系统和在线仿真系统，保证本发明的检漏系统一方面不存在负压波系统的误报警的问题，另一方面具有高的漏点定位精度。
Description
技术领域
本发明属于管道泄漏检测技术领域，具体涉及一种基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统。
背景技术
当长输管道发生泄漏时，由于管道内外的压差，使泄漏处的压力突降，泄漏处周围的液体由于压差的存在向泄漏处补充，在管道内产生负压波动，从泄漏点向上、下游传播，并以指数律衰减，逐渐归于平静。管道两端的压力传感器接收管道的瞬变压力信息，而判断泄漏的发生，通过测量泄漏时产生的瞬时负压波到达上游、下游两端的时间差和管道内的负压波的传播速度计算出泄漏点的位置。为了克服噪声干扰，可采用小波变换或相关分析等方法对压力信号进行处理。前苏联从20世纪70年代开始研究和使用自动测漏技术，负压波测漏系统的普及，使输油管线泄漏事故减少88％。负压波的传播规律跟管道内的声音、水击波相同，其速度取决于管壁的弹性和液体的压缩性。国内曾经实测过大庆原油管道在平均油温44℃、密度845kg/m3时的水击波传播速度为1029m/s。对于一般原油钢质管道，负压波的速度约为1000～1200m/s，频率范围0.2～20kHz。
负压波分析法具有较快的响应速度和较高的定位精度。其定位公式为：
式中：X泄漏点距首端测压点的距离m
L管道全长m
α负压波在管道介质中的传播速度m/s
τ0上、下游压力传感器接收负压波的时间差s
由以上公式可知要实现准确的定位，必须精确的计算负压波在管道介质中的传播速度α和上、下游压力传感器接收负压波的时间差τ0。
负压波在管道介质中的传播速度：
负压波在管道内传播的速度决定于液体的弹性、液体的密度和管材的弹性：
式中：α——管内负压波的传播速度，m/s；
K——液体的体积弹性系数，Pa；
ρ——液体的密度，kg/m3；
E——管材的弹性，Pa；
D——管道的直径，m；
e——管壁厚度，m；
C1——与管道约束条件有关的修正系数；
式中弹性系数K和密度ρ随原油的温度变化而变化，因此，必须考虑温度对负压波波速的影响，对负压波波速进行温度修正。在理论计算的基础上，结合现场反复试验，可以比较准确的确定负压波的波速。
负压波时间差τ0：
要确定负压波时间差τ0，必须捕捉到两端负压波下降的拐点(现有技术)，采用有效的信号处理方法能够提高定位精度，如：Kullback信息测度法、相关分析法和小波变换法。
管道在正常运行状态下，管道输入和输出流量应该相等，泄漏发生时必然产生流量差，上游泵站的流量增大，下游泵站的流量减少。但是由于管道本身的弹性及流体性质变化等多种因素影响，首末两端的流量变化有一个过渡过程，所以，检测管道两端的流量值，计算出管道输差，跟压力波结合使用，可以大大减少误报警。
目前对管道泄漏检测技术，主要采用负压波进行泄漏检测(如授权公告号为CN207145983U的发明专利)，但是负压波法有缺点，当油品出现变化时，需要自动调节负压波检漏系统参数，不然的话，检漏系统误差很大；当站场工艺设备切换时，负压波法检漏系统需要暂停泄漏检测，不然检漏系统会出现误报警；当现场没有流量计时，负压波检漏系统无法提供准确的泄漏定位，目前负压波法检漏系统无法解决这些问题，导致负压波法检漏系统误报警率高，误差大。
另外，目前也有企业采用在线仿真系统进行管道泄漏检测，在线仿真系统一般是采集管道参数后，经过数据处理定位出漏点位置，但是上述技术手段虽然误报警的概率较低，但是测定的漏点与实际的漏点位置相比，往往沿管道的上下游相差达±700km，因此相比于负压波法±200m的定位误差，其定位精度较差，在实际使用中往往增加寻找漏点的工作量，耗费人力物力。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷提供了一种基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，本发明集成了负压波系统和在线仿真系统，保证本发明的检漏系统一方面不存在误报警的问题，另一方面具有高的漏点定位精度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，包括待检管道，所述待检管道上每间隔一段距离安装有一组功能元件(包括管道的两端)，每一组所述功能元件均电连接有一个负责数据采集的远程控制终端(下简称RTU)，多个所述RTU通过无线信号连接有管网数据采集与监视控制系统(下简称SCADA系统)，所述SCADA系统具有第一通讯接口，所述第一通讯接口通过主线与具有管道泄漏仿真模拟功能的仿真系统的第二通讯接口相连接，所述第二通讯接口通过主线与具有负压波法运算功能的负压波系统的第三通讯接口相连接；
所述功能元件用于检测管道的压力、温度、阀门的开启与关闭、泵的开启与关闭，所述SCADA系统用于将由RTU传输过来的数据进行格式处理并保存，并能够将上述处理的数据传输给所述仿真系统存储，所述仿真系统还存储有管道参数、介质参数、信号参数、历史数据及常数，所述仿真系统通过数据处理，计算出管道漏点并显示出来，同时发出警报；
所述负压波系统将自身接收的数据进行存储，同时所述负压波系统还存储有管道参数、介质参数、历史数据、信号参数及常数，所述负压波系统能通过负压波法算出管道的漏点并显示出来，同时发出警报；
所述阀门在开启或关闭以及泵在开启或关闭时，会向所述RTU发出不同的电信号，上述数据经过所述SCADA系统处理后传输给仿真系统存储，并通过所述仿真系统经主线传输给所述负压波系统；
所述负压波系统在接受上述泵的开启信号后，在指定的时间(泵转数从0转/min升到3000转/min)会停止检测管道漏点，当所述负压波系统在接受上述泵的关闭信号后，在指定的时间(泵转数从3000转/min降到0转/min)会停止检测管道漏点，以防止因为泵的开启或关闭引起负压波，导致负压波系统发出误报警；所述负压波系统在接收到上述阀门开启或关闭的信号后的3min内，会停止检测管道漏点，以防止因为阀门的开启或关闭引起负压波，导致负压波系统发出误报警；另外，所述仿真系统还能进行虚拟管道模拟，并在虚拟管道的两端模拟虚拟的流量计，通过所述虚拟的流量计测定所述模拟管道两端的虚拟流量，并将上述虚拟流量传输给所述负压波系统。
进一步地，所述功能元件还包括与所述管道相连接的油罐开关，当所述仿真系统在接收到某一油罐关闭且另一油罐开启的信号时，所述仿真系统会调取自身存储的与上述开启的油罐相对应的液体的介质参数并发送给所述负压波系统，已提高所述负压波系统检测管道漏点的准确性；同理，当所述仿真系统接收到某一油罐关闭且另一油罐开启的信号时，会调取出事先存储在该开启油罐中的介质对应的管道膨胀系数，并将上述系数传输给所述负压波系统，已提高所述负压波系统检测管道漏点的准确性。
进一步地，所述第二通讯接口通过主线与所述仿真系统的仿真主机相连接，所述仿真主机包括通过主线与所述第二通讯接口相连接的第一存储模块，所述第一存储模块连接有第一处理模块和第一输入模块，所述第一处理模块连接有第一输出模块及报警模块；其中，所述第一输入模块用于输入管道参数、液态介质参数、历史数据、信号参数及常数，上述数据存储于所述第一存储模块中；所述第一处理模块用于数据处理；所述第一输出模块用于管道信息输出，所述第一报警装置用于发出管道泄露警报；
所述第二通讯接口还通过主线与所述负压波系统的第三通讯接口相连接，所述第三通讯接口通过主线与所述负压波系统的负压波主机相连接，所述负压波主机包括通过主线与所述第三通讯接口相连接的第二存储模块，所述第二存储模块连接有第二处理模块和第二输入模块，所述第二处理模块连接有第二输出模块，所述第二输入模块用于输入管道参数、液态介质参数、历史数据、信号参数以及常数，上述数据存储于所述第二存储模块中；所述第二处理模块用于数据调取、处理及传输；所述第二输出模块用于管道信息输出，所述第二报警装置用于发出管道泄露警报。
进一步地，每一组所述功能元件包括多个压力传感器、多个温度传感器、多个阀门、多个油罐开关及多个水泵。
进一步地，所述功能元件还包括流量传感器，所述流量传感器用于监测管道中液体介质的实际流量，所述流量传感器将上述实际流量传输给所述RTU，所述RTU将上述实际流量传输给所述SCADA系统，并由所述SCADA系统将上述流量传输给所述仿真系统，再由所述仿真系统将上述流量传输给所述负压波系统，以提高所述负压波系统检测的准确性。
进一步地，所述功能元件还包括密度传感器，所述密度传感器用于监测管道中液体介质的密度，所述密度传感器将检测的密度传输给所述负压波系统，以提高所述负压波系统检测管道漏点的准确性。
进一步地，所述RTU通过mobus协议与所述SCADA系统相连接。
进一步地，所述第一通讯接口为软件接口、工业以太网接口、现场总线接口或串行通信接口的一种；所述第二通讯接口为软件接口、工业以太网接口、现场总线接口或串行通信接口的一种；所述第三通讯接口为软件接口、工业以太网接口、现场总线接口或串行通信接口的一种。
进一步地，所述仿真系统为安装有PipeSim仿真软件的仿真系统。
进一步地，所述油罐开关包括进油开关及出油开关，每个所述油罐均安装有一个进油开关及一个出油开关，不同的油罐开关向所述RTU发射的电信号均不相同。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、本发明当人工开启或关闭阀门时，所述阀门均会向所述RTU发送电信号，所述RTU将上述电信号转发给SCADA系统，由SCADA系统将上述信号处理以后转发给所述仿真系统，再由所述仿真系统将上述信号经过总线传输给所述负压波系统，所述负压波系统会在阀门开启或关闭后的3min内停止检测所述管道漏点，避免传统的负压波系统在管道阀门开启或关闭时，检测到管道阀门开启或关闭造成的负压波，从而产生管道泄漏的误报警；
2、本发明当所述水泵开启或关闭时，所述水泵向所述RTU发送电信号，所述RTU将上述电信号转发给SCADA系统，由SCADA系统将上述信号处理以后转发给所述仿真系统，再由所述仿真系统将上述信号经过总线传输给所述负压波系统，在所述水泵从开启到稳定运转的过程中以及在所述水泵从稳定运转到停止的过程中，所述负压波系统停止工作，避免传统的负压波系统在水泵开启或关闭的过程中，检测到水泵开启或关闭造成的负压波，从而产生管道泄漏的误报警；
3、本发明所述不同的油罐中装有不同密度的油，比如汽油、柴油、航天油等，所述油罐开关包括进油开关及出油开关，当不同油罐的进油开关或出油开关开启时，会向所述RTU发送不同的电信号，同一个油罐的进油开关或出油开关开启时向所述RTU发送的信号也不同，所述RTU将接收的上述电信号转化后经所述SCADA系统及仿真系统传输给负压波系统，这样上述负压波系统能够自动识别不同油罐的进油信号或出油信号，当某一油罐关闭且另一油罐开启时，所述仿真系统会调取自身存储的与上述开启的油罐相对应的液体介质参数并通过OPC发送给所述负压波系统，已提高所述负压波系统检测的准确性，所述仿真系统还通过公式计算该开启油罐中的介质对应的管道膨胀系数，并将上述系数传输给所述负压波系统，已提高所述负压波系统检测管道漏点的准确性。
4、所述管道上安装在线仿真系统，在线仿真系统能实时，跟踪油品密度，当管道的油的密度发生变化时，不同密度的油，所述在线仿真系统向所述负压波系统发送最新的油品参数，以提高所述负压波系统检测所述管道漏点的准确性。
5、所述功能元件还包括虚拟流量计，在线仿真系统计算处管道进出站的流量值，所述虚拟流量计用于监测管道中液体介质的实际流量，所述在线仿真系统将上述实际流量传输给所述负压波系统，以提高所述负压波系统泄漏检测的准确性；
6、由于流量计价格昂贵，有些采用负压波法测量管道漏点的厂商没有在管道上固定流量计，因此漏点的定位精度不高，本申请即使不在所述管道上固定流量计，通过所述仿真系统也能够在指定长度的管道两端模拟出虚拟流量计，所述虚拟流量计依据存储在仿真系统中的管道参数、介质参数等数据仿真模拟出指定长度的管道的两端的虚拟流量，上述虚拟流量与真实流量的误差仅为0.1％～0.2％，所述仿真系统将上述虚拟流量数据传输给所述负压波系统，以提高所述负压波系统采用负压波法进行漏点定位的精度。
7、所述仿真软件计算出的管道的漏点相比于负压波法，不会存在误报警的缺点，但是所述仿真软件计算出的管道的漏点沿管道的上下游的误差范围为±7km，而负压波法计算出的管道的漏点沿管道的上下游的误差只有±200m，因此，本发明的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，具有综合上述仿真系统及负压波系统的优点，首先通过仿真系统判断是否出现管道漏点，在仿真系统观察到漏点的前提下，经过负压波系统采集的数据及自身预先存储的数据为基础，通过负压波法算出漏点的具体位置，这样二者结合能够有效减小管道漏点的误报警及排查范围，具有节省人力物力的优点。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统的连接示意图；
图2为本发明实施例2所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统的连接示意图；
图3为本发明实施例3所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统的连接示意图；
图4为本发明实施例4所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统的连接示意图；
图5为本发明实施例1-4任一中的仿真主机及负压波主机的内部结构连接示意图；
图6为本发明所述第一待测管道及第二待测管道的示意图；
其中，1-待检管道；2-压力传感器；3-温度传感器；4-泵；5-阀门；6-RTU；7-主线；8-SCADA系统；9-数据采集模块；10-SCADA主机；11-第一通讯接口；12-第二通讯接口；13-仿真主机；14-仿真系统；15-负压波系统；16-负压波主机；17-第三通讯接口；18-第一存储模块；19-第一处理模块；20-第一输入模块；21-第一输出模块；22-第一报警模块；23-第二存储模块；24-第二输入模块；25-第二输出模块；26-第二处理模块；27-第二报警模块；28-油罐开关；29-流量传感器；30-密度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
如图1及图5所示，一种基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，包括待检管道1，所述待检管道1每间隔一段距离安装有一组功能元件(包括管道的两端)，每一组所述功能元件均电连接有一个负责数据采集的远程控制终端(下简称RTU6)，多个所述RTU6通过mobus协议无线连接有管网数据采集与监视控制系统(下简称SCADA系统8)，所述SCADA系统8具有第一通讯接口11，所述第一通讯接口11通过主线7与具有管道泄漏仿真模拟功能的仿真系统14的第二通讯接口12相连接，所述第二通讯接口12通过主线7与具有负压波法运算功能的负压波系统15的第三通讯接口17相连接。
所述功能元件用于检测管道的压力、温度、阀门5的开关、泵4的开关，所述SCADA系统8用于将由RTU6传输过来的数据进行格式处理并保存，并能够将上述处理的数据传输给所述仿真系统14存储，所述仿真系统14还存储有管道参数、介质参数、信号参数、历史数据及常数，所述仿真系统14通过数据处理，计算出管道漏点并显示出来，同时发出警报；
所述负压波系统15将自身接收的数据进行存储，同时所述负压波系统15还存储有管道参数、介质参数、历史数据、信号参数及常数，所述负压波系统15能通过负压波法算出管道的漏点并显示出来，同时发出警报；
所述阀门5在开启或关闭以及泵4在开启或关闭时，会向所述RTU6发出不同的电信号，上述电信号经过所述SCADA系统8的数据采集模块9接收后通过主线传输给所述SCADA主机10存储及处理，之后由所述SCADA主机10经过主线传输给第一通讯接口11并由所述第一通讯接口11传输给所述仿真系统14存储，并通过所述仿真系统14经主线7传输给所述负压波系统15；
具体实施时，每一组所述功能元件包括多个压力传感器2、多个流量传感器29、多个温度传感器3、多个阀门5及多个泵4。
所述负压波系统15在接受上述泵4的开启信号后，在指定的时间(泵4转数从0转/min升到3000转/min)会停止检测管道漏点，当所述负压波系统15在接受上述泵4的关闭信号后，在指定的时间(泵4转数从3000转/min降到0转/min)会停止检测管道漏点，以防止因为泵4的开启或关闭引起负压波，导致负压波系统15的误报警；所述负压波系统15在接收到上述阀门5开启或关闭的信号后的3min内，会停止检测管道漏点，以防止因为阀门5的开启或关闭引起负压波，导致负压波系统15发出误报警；另外，所述仿真系统14还能进行虚拟管道模拟，并在虚拟管道的两端模拟虚拟的流量计，通过所述虚拟的流量计测定所述模拟管道两端的虚拟流量，并将上述虚拟流量传输给所述负压波系统15。
具体实施时，所述第二通讯接口12通过主线7与所述仿真系统14的仿真主机13相连接，所述仿真主机13包括第一存储模块18，所述第一存储模块18通过主线7与所述第二通讯接口12相连接，所述主线7与所述仿真系统14的第一存储模块18相单向连接，所述第一存储模块18双向连接有第一处理模块19且所述第一存储模块18单向连接有第一输入模块20，所述第一处理模块19单向连接有第一输出模块21、第一通讯接口11及报警模块；其中，所述第一输入模块20用于输入管道参数、液态介质参数、历史数据、信号参数及常数，上述数据存储于所述第一存储模块18中；所述第一处理模块19用于数据调取、处理及传输；所述第一输出模块21用于数据信息输出(比如显示模拟管道及漏点的图像及数据等)，所述第一报警模块22用于发出管道泄露警报；
所述第二通讯接口12还通过主线7与所述负压波系统15的第三通讯接口17相连接，所述第三通讯接口17通过主线7与所述负压波系统15的负压波主机16相连接，所述负压波主机16包括第二存储模块23，所述第二存储模块23通过主线7与所述第三通讯接口17相连接，所述第二处理模块26单向连接有第二输入模块24和第二处理模块26，所述第二处理模块26单向连接有第二输出模块25，所述第二输入模块24用于输入管道参数、液态介质参数、历史数据、信号参数以及常数，上述数据存储于所述第二存储模块23中；所述第二处理模块26用于数据调取、处理及传输；所述第二输出模块25用于管道信息输出(比如显示模拟管道及漏点的图像及数据等)，所述第二报警模块27用于发出管道泄露警报；
所述第一通讯接口11为软件接口、工业以太网接口、现场总线接口或串行通信接口的一种；所述第二通讯接口12为软件接口、工业以太网接口、现场总线接口或串行通信接口的一种；所述第三通讯接口17为软件接口、工业以太网接口、现场总线接口或串行通信接口的一种。
实施例2
如图2及图5所示，在实施例1的基础上，实施例2的所述功能元件还包括用于检测与所述管道相连接的油罐开关28，所述油罐开关28包括进油开关及出油开关，每个所述油罐均安装有一个进油开关及一个出油开关，不同的油罐开关28向所述RTU6发射的电信号均不相同。当所述仿真系统14在接收到某一油罐的开启信号时，会调取自身存储的与该开启的油罐相对应的液体介质参数并发送给所述负压波系统15，以提高所述负压波系统15检测的准确性；当某一油罐关闭且另一油罐开启时，所述仿真系统14会调取自身存储的与另一油罐中的液体介质相对应的参数并通过OPC发送给所述负压波系统15，已提高所述负压波系统15检测的准确性(见背景技术)；同理，当所述仿真系统14接收到某一油罐开启且另一油罐关闭的信号时，会调取出事先存储的该开启油罐中的介质对应的管道膨胀系数，并将上述管道膨胀系数传输给所述负压波系统15，由于所述管道膨胀系数与管材的弹性E相关，采用不同介质对应的管道膨胀系数能够提高所述负压波系统15检测管道漏点的准确性(参见背景技术)。
本实施例中，多个油罐分别装有汽油、柴油、航天油等不同介质的油。
实施例3
如图3及图5所示，在实施例1或2的基础上，所述功能元件还包括流量传感器29，所述流量传感器29用于监测管道中液体介质的实际流量，所述流量传感器29将上述实际流量传输给所述RTU6，所述RTU6将上述实际流量传输给所述SCADA系统8，并由所述SCADA系统8将上述流量传输给所述仿真系统14，再由所述仿真系统14将上述流量传输给所述负压波系统15，以避免所述负压波系统15检测出现误报警的情况，具体如下：首先所述RTU6每间隔1s将相邻两组功能元件的流量传感器29检测的实际流量值传输给所述负压波系统15，当所述负压波系统15检测判断出某一段时间内所述相邻两组功能元件的实际流量值(即入口流量值与出口流量值相同时，管道不泄露)，在该段时间内不进行负压波检测；当所述负压波系统15检测判断出某一段时间内所述相邻两组功能元件的实际流量值(即入口流量值大于出口流量值时，管道泄露)，所述负压波系统15在该段时间内进行负压波检测，以提高负压波系统15报警的准确性。
实施例4
如图4及图5所示，在实施例1-3任一的基础上，所述功能元件还包括密度传感器30，所述密度传感器30用于监测管道中液体介质的密度，所述密度传感器30将检测的不同介质的密度传输给所述负压波系统15，用以提高负压波在所述管道内的传播速率的计算精度(详见背景技术)，进而提高所述负压波系统15检测管道漏点的准确性。
上述实施例1-4中的所述仿真系统14为由北京鼎新世纪软件技术有限公司(下简称鼎新公司)研发的安装有PipeSim仿真软件的仿真系统14，所述PipeSim仿真系统14充分利用了当今最新计算机设备和先进的软件技术，是一种在.NET环境下开发的Windows系统软件包，其工作原理，已经经过缜密的研发，测试和工程验证。因此它是一种创新的，准确和可靠的仿真软件产品，让用户方便地使用仿真模型，并获得想要的结果PipeSim仿真系统14被设计成能够精确地模拟一个管道系统内的所有能影响管道水力反映的设备，它可以进行简单，稳态计算，复杂的动态模拟，场站、管道、流量控制方案、水击泄放装置、泵4及阀门5都可以模拟。采用负压波系统15检测管道漏点属于现有技术，其详细原理参见背景技术。
采用本发明的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统给输油管道检漏，相比于传统的采用负压波法进行管道检漏具有如下的优点：
1、本发明当人工开启或关闭阀门5时，所述阀门5均会向所述RTU6发送电信号，所述RTU6将上述电信号转发给SCADA系统8，由SCADA系统8将上述信号处理以后转发给所述仿真系统14，再由所述仿真系统14将上述信号经过总线传输给所述负压波系统15，所述负压波系统15会在阀门5开启或关闭后的3min内停止检测所述管道漏点，避免传统的负压波系统15在管道阀门5开启或关闭时，检测到管道阀门5开启或关闭造成的负压波，从而产生管道泄漏的误报警；
2、本发明当所述水泵4开启或关闭时，所述水泵4向所述RTU6发送电信号，所述RTU6将上述电信号转发给SCADA系统8，由SCADA系统8将上述信号处理以后转发给所述仿真系统14，再由所述仿真系统14将上述信号经过总线传输给所述负压波系统15，在所述水泵4从开启到稳定运转的过程中以及在所述水泵4从稳定运转到停止的过程中，所述负压波系统15停止工作，避免传统的负压波系统15在水泵4开启或关闭的过程中，检测到水泵4开启或关闭造成的负压波，从而产生管道泄漏的误报警；
3、本发明所述不同的油罐中装有不同密度的油，比如汽油、柴油、航天油等，所述油罐开关28包括进油开关及出油开关，当不同油罐的进油开关或出油开关开启时，会向所述RTU6发送不同的电信号，同一个油罐的进油开关或出油开关开启时向所述RTU6发送的信号也不同，所述RTU6将接收的上述电信号转化后经所述SCADA系统8及仿真系统14传输给负压波系统15，这样上述负压波系统15能够自动识别不同油罐的进油信号或出油信号，当某一油罐关闭且另一油罐开启时，所述仿真系统14会调取自身存储的与上述开启的油罐相对应的液体介质参数并通过OPC发送给所述负压波系统15，已提高所述负压波系统15检测的准确性，所述仿真系统14还通过公式计算该开启油罐中的介质对应的管道膨胀系数，并将上述系数传输给所述负压波系统15，已提高所述负压波系统15检测管道漏点的准确性。
4、所述管道上安装有多个密度传感器30，当管道的油的密度发生变化时，不同密度的油，所述密度传感器30向所述负压波系统15发射不同的信号，以提高所述负压波系统15检测所述管道漏点的准确性。
5、所述功能元件还包括流量传感器29，所述流量传感器29用于监测管道中液体介质的实际流量，所述流量传感器29将上述实际流量传输给所述RTU6，所述RTU6将上述实际流量传输给所述SCADA系统8，并由所述SCADA系统8将上述流量传输给所述仿真系统14，再由所述仿真系统14将上述流量传输给所述负压波系统15，以提高所述负压波系统15检测的准确性。
6、由于流量计价格昂贵，有些采用负压波法测量管道漏点的厂商没有在管道的两端固定流量计，因此漏点的定位精度不高，本申请即使不在所述管道上固定流量计，通过所述仿真系统14也能够在管道的两端模拟出虚拟流量计，所述虚拟流量计依据存储在仿真系统14中的管道参数、介质参数等数据，采用达西公式、谢才公式、海澄-威廉公式及水力坡降公式的结合(即公式5)模拟计算出所述管道的两端的虚拟流量值，上述虚拟流量与真实流量的误差仅为0.1％～0.2％，所述仿真系统14将上述虚拟流量数据传输给所述负压波系统15，以协助判断所述负压波系统15采用负压波法进行漏点定位的准确性(参见实施例3)，其中所述达西公式、谢才公式、海澄-威廉公式及水力坡降公式分别见下述公式(1)、(2)、(3)及(4)：
i＝(P1-P2)l......................................................(4)
将上述公式(1)-(4)相结合，可得到公式(5)
其中，hf----------沿程损失，m；
λ--------沿程阻力系数；
-
l-----------管段长度，m；
d-----------管道计算内径，m；
g-----------重力加速度，m/s2；
C-----------谢才系数；
i------------水力坡降(即单位长度的管道两端的压力差)；
R-----------水力半径，m；
Q-----------管道流量m/s2；
v------------流速m/s；
Cn-----------海澄―威廉系数；
P1----------管道一端的压力值；
P2----------管道另一端的压力值；
其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用，海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。
另外，本发明所述的仿真系统14计算管道漏点的方法如下：
首先，上述管道从一端向另一端每间隔一段距离安装有一组功能元件(包括两端)，上述功能元件用于检测所述管道的压力、温度、流量、介质密度等参数，每组上述功能元件每间隔一端时间(比如1s)向与之对应的RTU6发送一组与自身位置相对应的压力、温度、流量、介质密度等信号，所述RTU6将接收的信号发送给与之相连的SCADA系统8，所述SCADA系统8将上述信号处理以后发送给与之相连的仿真系统14并经过第一存储模块18存储，所述仿真系统14的第一处理模块19将调取的压力、温度、流量、介质密度等信号进行数据处理后计算出管道漏点。
其中，如图6所示，所述仿真系统14的数据处理过程如下：以所述管道的任意相邻的两组功能元件作为第一待测管道的两端，所述仿真系统14首先以第一待测管道的一端的实际压力值以及存储的数据为基础，经过上述公式(5)算出该第一待测管道的另一端的虚拟流量值，然后以该实际压力值及虚拟流量值为边界条件，从所述第一待测管道的一端向另一端每间隔500米的倍数(如500米、1000米、1500米....依次类推)选取一段作为第二待测管道，经过上述公式(5)算出该第二待测管道的另一端的虚拟的压力值(即第二待测管道的虚拟的P2值)，将上述多组第二待测管道的另一端的虚拟的压力值及每组所述虚拟的压力值与所述第一待测管道的一端的距离绘制在X-Y坐标轴上，形成PQ线(即水力坡降曲线)，其中X坐标轴为距离，Y坐标轴为压力；同理，所述仿真系统14首先以所述管道的任意相邻的两组功能元件作为第一待测管道的两端，所述仿真系统14首先以一端的实际流量值以及存储的数据为基础，经过上述公式(5)算出所述第一待测管道的另一端的虚拟压力值，然后以该虚拟压力值及实际流量值为边界条件，从所述第一待测管道的一端向另一端每间隔500米的倍数(如500米、1000米、1500米....依次类推)选取一段作为第二待测管道，经过上述公式(5)算出该第二待测管道的另一端的虚拟的压力值(即第二待测管道的虚拟的P2值)，将上述多组第二待测管道的另一端的虚拟的压力值及该压力值对应的与所述第一待测管道的一端的距离绘制在X-Y坐标轴上，形成QP线(即水力坡降曲线)，正常情况下，所述PQ线与所述QP线重合，而在管道出现泄漏时，上述PQ线与所述QP线出现交点，该交点对应的距离即为管道的漏点。
当上述功能元件不具有流量传感器29时，作为计算QP线的压力的边界条件的实际流量值可由仿真系统14模拟采用上述公式(5)算出的虚拟流量值代替。
所述仿真软件计算出的管道的漏点相比于负压波法，不会存在误报警的缺点，但是所述仿真软件计算出的管道的漏点沿管道的上下游的误差范围为±7km，而负压波法计算出的管道的漏点沿管道的上下游的误差只有±200m，因此，本发明的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，具有综合上述仿真系统14及负压波系统15的优点，首先通过仿真系统14判断是否出现管道漏点，在仿真系统14观察到漏点的前提下，经过负压波系统15采集的数据及自身预先存储的数据为基础，通过负压波法算出漏点的具体位置，这样二者结合能够有效减小管道漏点的误报警及排查范围，具有节省人力物力的优点。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，包括待检管道，其特征在于，所述待检管道上每间隔一段距离安装有一组功能元件(包括管道的两端)，每一组所述功能元件均电连接有一个负责数据采集的远程控制终端(下简称RTU)，多个所述RTU通过无线信号连接有管网数据采集与监视控制系统(下简称SCADA系统)，所述SCADA系统具有第一通讯接口，所述第一通讯接口通过主线与具有管道泄漏仿真模拟功能的仿真系统的第二通讯接口相连接，所述第二通讯接口通过主线与具有负压波法运算功能的负压波系统的第三通讯接口相连接；
所述功能元件用于检测管道的压力、温度、阀门的开启与关闭、泵的开启与关闭，所述SCADA系统用于将由RTU传输过来的数据进行格式处理并保存，并能够将上述处理的数据传输给所述仿真系统存储，所述仿真系统还存储有管道参数、介质参数、信号参数、历史数据及常数，所述仿真系统通过数据处理，计算出管道漏点并显示出来，同时发出警报；
所述负压波系统将自身接收的数据进行存储，同时所述负压波系统还存储有管道参数、介质参数、历史数据、信号参数及常数，所述负压波系统能通过负压波法算出管道的漏点并显示出来，同时发出警报；
所述阀门在开启或关闭以及泵在开启或关闭时，会向所述RTU发出不同的电信号，上述数据经过所述SCADA系统处理后传输给仿真系统存储，并通过所述仿真系统经主线传输给所述负压波系统；
所述负压波系统在接受上述泵的开启信号后，在指定的时间(泵转数从0转/min升到3000转/min)会停止检测管道漏点，当所述负压波系统在接受上述泵的关闭信号后，在指定的时间(泵转数从3000转/min降到0转/min)会停止检测管道漏点，以防止因为泵的开启或关闭引起负压波，导致负压波系统发出误报警；所述负压波系统在接收到上述阀门开启或关闭的信号后的3min内，会停止检测管道漏点，以防止因为阀门的开启或关闭引起负压波，导致负压波系统发出误报警；另外，所述仿真系统还能进行虚拟管道模拟，并在虚拟管道的两端模拟虚拟的流量计，通过所述虚拟的流量计测定所述模拟管道两端的虚拟流量，并将上述虚拟流量传输给所述负压波系统。
2.根据权利要求1所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，其特征在于，所述功能元件还包括与所述管道相连接的油罐开关，当所述仿真系统在接收到某一油罐关闭且另一油罐开启的信号时，所述仿真系统会调取自身存储的与上述开启的油罐相对应的液体的介质参数并发送给所述负压波系统，已提高所述负压波系统检测管道漏点的准确性；同理，当所述仿真系统接收到某一油罐关闭且另一油罐开启的信号时，会调取出事先存储的与该开启油罐中的介质对应的管道膨胀系数，并将上述系数传输给所述负压波系统，已提高所述负压波系统检测管道漏点的准确性。
3.根据权利要求2所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，其特征在于，所述第二通讯接口通过主线与所述仿真系统的仿真主机相连接，所述仿真主机包括通过主线与所述第二通讯接口相连接的第一存储模块，所述第一存储模块连接有第一处理模块和第一输入模块，所述第一处理模块连接有第一输出模块及报警模块；其中，所述第一输入模块用于输入管道参数、液态介质参数、历史数据、信号参数及常数，上述数据存储于所述第一存储模块中；所述第一处理模块用于数据处理；所述第一输出模块用于管道信息输出，所述第一报警装置用于发出管道泄露警报；
所述第二通讯接口还通过主线与所述负压波系统的第三通讯接口相连接，所述第三通讯接口通过主线与所述负压波系统的负压波主机相连接，所述负压波主机包括通过主线与所述第三通讯接口相连接的第二存储模块，所述第二存储模块连接有第二处理模块和第二输入模块，所述第二处理模块连接有第二输出模块，所述第二输入模块用于输入管道参数、液态介质参数、历史数据、信号参数以及常数，上述数据存储于所述第二存储模块中；所述第二处理模块用于数据调取、处理及传输；所述第二输出模块用于管道信息输出，所述第二报警装置用于发出管道泄露警报。
4.根据权利要求3所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，其特征在于，每一组所述功能元件包括多个压力传感器、多个温度传感器、多个阀门、多个油罐开关及多个水泵。
5.根据权利要求4所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，其特征在于，所述功能元件还包括流量传感器，所述流量传感器用于监测管道中液体介质的实际流量，所述流量传感器将上述实际流量传输给所述RTU，所述RTU将上述实际流量传输给所述SCADA系统，并由所述SCADA系统将上述流量传输给所述仿真系统，再由所述仿真系统将上述流量传输给所述负压波系统，以提高所述负压波系统检测的准确性。
6.根据权利要求5所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，其特征在于，所述功能元件还包括密度传感器，所述密度传感器用于监测管道中液体介质的密度，所述密度传感器将检测的密度传输给所述负压波系统，以提高所述负压波系统检测管道漏点的准确性。
7.根据权利要求6所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，其特征在于，所述RTU通过mobus协议与所述SCADA系统相连接。
8.根据权利要求7所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，其特征在于，所述第一通讯接口为软件接口、工业以太网接口、现场总线接口或串行通信接口的一种；所述第二通讯接口为软件接口、工业以太网接口、现场总线接口或串行通信接口的一种；所述第三通讯接口为软件接口、工业以太网接口、现场总线接口或串行通信接口的一种。
9.根据权利要求8所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，其特征在于，所述仿真系统为安装有PipeSim仿真软件的仿真系统。
10.根据权利要求9所述的基于在线仿真的负压波法管道泄漏检测系统，其特征在于，所述油罐开关包括进油开关及出油开关，每个所述油罐均安装有一个进油开关及一个出油开关，不同的油罐开关向所述RTU发射的电信号均不相同。
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