CN111457256A - 一种原油输送管线泄漏检测系统架构及泄漏位置检测方法 - Google Patents

一种原油输送管线泄漏检测系统架构及泄漏位置检测方法 Download PDF

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CN111457256A CN202010360173.XA CN202010360173A CN111457256A CN 111457256 A CN111457256 A CN 111457256A CN 202010360173 A CN202010360173 A CN 202010360173A CN 111457256 A CN111457256 A CN 111457256A
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张鑫
郝颖珺
任晓峰
谭滨
郑晓利
蔡强
陈兆安
姚欣伟
杨晓锋
李健
刘元刚
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China National Petroleum Corp
Xian Changqing Technology Engineering Co Ltd
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China Textile Industry Design Institute
Xian Changqing Technology Engineering Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种原油输送管线泄漏检测系统架构及泄漏位置检测方法，包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，其中上游压力变送器、输油泵变频器和上游流量计分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器、输油泵变频器、上游流量计分别连接上游站点已建PLC，所述下游压力变送器和下游流量计分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器和下游流量计分别连接下游站点已建PLC，其中上游站点已建PLC和下游站点已建PLC分别通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议连接系统组件，其中系统组件可直接采集上游站点已建PLC和下游站点已建PLC的数据。

Description

一种原油输送管线泄漏检测系统架构及泄漏位置检测方法
技术领域
本发明属于油气输送技术领域，具体涉及一种原油输送管线泄漏检测系统架构及泄漏位置检测方法。
背景技术
传统的基于压力信号和流量信号分析的泄漏检测系统，系统基本组成大同小异，其中信号采集装置是泄漏检测系统的专用设备和主要硬件成本，信号采集装置多采用独立RTU，实现数据采集、通信和GPS对时等功能。信号采集装置负责将压力（或流量）变送器的电流信号（4~20mA）转换为数字信号，并通过以太网或串口等通信方式传送到监控系统的主计算机，还接收GPS时钟的同步信号，实现上下游数据包的严格时间同步。但是现有系统中每个压力变送器、流量计和输油泵变频器均需要配备一个信号分配器，多个信号分配器分别连接一个信号采集装置，信号采集装置通过通信网络连接系统软件，由于信号分配器和信号采集装置成本高，费用大，造成泄漏检测系统整体成本高，提高了建设成本，增加了维护工作量，不利于推广应用；同时由于信号采集装置的采样频率为100HZ，采样频率较高，但是在实际应用中，由于泄漏时管线压力通常变化较为缓慢，每秒采集10个信号已经完全可以满足泄漏检测的需要，因此现有信号采集装置造成了资源浪费，过高的采样频率并无意义；同时现有泄漏检测系统由于信号采集装置的局限，造成时间不同步，另外现有泄漏位置检测方法计算难度大，泄漏位置预测准确度不高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种原油输送管线泄漏检测系统架构及泄漏位置检测方法，克服了现有技术中1：由于多个信号分配器分别连接一个信号采集装置，信号采集装置通过通信网络连接系统软件，由于信号分配器和信号采集装置成本高，费用大，造成泄漏检测系统整体成本高，提高了建设成本，增加了维护工作量，不利于推广应用；2：由于信号采集装置的采样频率为100HZ，采样频率较高，但是在实际应用中，由于泄漏时管线压力通常变化较为缓慢，每秒采集10个信号已经完全可以满足泄漏检测的需要，因此现有信号采集装置造成了资源浪费；3：现有泄漏检测系统由于信号采集装置的局限，造成时间不同步；4：现有泄漏位置检测方法计算难度大，泄漏位置预测准确度不高等问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种原油输送管线泄漏检测系统架构，包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，其中管线上游站点架构包括上游压力变送器、输油泵变频器、上游流量计和上游站点已建PLC，其中上游压力变送器、输油泵变频器和上游流量计分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器、输油泵变频器、上游流量计分别连接上游站点已建PLC，所述下游站点架构包括下游压力变送器、下游流量计、下游站点已建PLC和系统组件，其中下游压力变送器和下游流量计分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器和下游流量计分别连接下游站点已建PLC，其中上游站点已建PLC和下游站点已建PLC分别通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议连接系统组件，其中系统组件可直接采集上游站点已建PLC和下游站点已建PLC的数据。
优选的，所述上游压力变送器、输油泵变频器、上游流量计的电流均为4~20mA，其中下游压力变送器、下游流量计的电流均为4~20mA。
优选的，所述上游站点已建PLC将采集到的上游压力、上游流量、外输泵变频器频率信号保存在固定地址的寄存器中，其中下游站点已建PLC将采集到的下游压力、下游流量保存在固定地址的寄存器中。
优选的，所述系统组件包括计算机，以及计算机内的系统软件，其中系统软件内设有数据读取模块，其中数据读取模块可直接通过Modbus for TCP/IP协议从寄存器中读取数据。
优选的，所述系统组件采集上游站点已建PLC或下游站点已建PLC数据的频率与上游站点已建PLC或下游站点已建PLC采集数据的频率相同，其中上游站点已建PLC或下游站点已建PLC采集数据的频率为10HZ。
优选的，所述上游站点已建PLC和下游站点已建PLC均可通过系统组件的计算机获取标准时间，然后用该时间将采集到的每个数据打上时间标签，从而实现时间同步。
优选的，一种如上任一项所述的原油输送管线泄漏检测系统架构的泄漏位置检测方法，包括以下步骤：
步骤1）系统组件通过上游站点已建PLC采集上游压力、上游流量和外输泵变频器频率信号，通过下游站点已建PLC采集下游压力和下游流量，同时通过系统组件获取标准时间，然后用该时间将采集到的每个数据打上时间标签，从而实现时间同步；
步骤2）对比采集到的上游压力和上游瞬时流量与下游压力和下游瞬时流量，当上游压力与下游压力之差大于ΔP，或者上游瞬时流量与下游瞬时流量之差大于ΔQ时，确定输送管线存在泄漏；当上游压力与下游压力之差小于ΔP，或者上游瞬时流量与下游瞬时流量之差小于ΔQ时，确定输送管线不存在泄漏；
步骤3）当确定输送管线存在泄漏时，通过泄漏位置公式计算得到泄漏点位置，其中泄漏位置公式是通过负压波进行泄漏点位置定位，然后进行泄漏点的补漏。
优选的，所述ΔP的确定方法如下：
步骤2-1）对平稳运行的管道，系统组件提取管道正常运行时的一组上游压力数据序列{Pa0，Pa1，Pa2 …Pan}，再提取一组下游压力数据序列{Pb0，Pb1，Pb2 …Pbn}，数据序列取24小时内的数据，采样间隔为1s，由此得到数据序列长度n；
步骤2-2）对两组数据序列分别求差值，得到一组上、下游压力差的数据序列{Pc0，Pc1，Pc2 …Pcn}；对该组数据序列进行卡尔曼滤波做平滑处理后再求均值，得到PC，该值即为正常情况时上、下游压力的合理差值；
步骤2-3）对PC乘以相应的放大系数μ，即可得到ΔP，放大系数μ可以在系统组件中设置，其中放大系数μ的范围为：1.05~1.2，所述ΔQ的确定方法与ΔP的确定方法相同。
优选的，所述泄漏位置公式为：
X
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 283898DEST_PATH_IMAGE002
Figure 357027DEST_PATH_IMAGE003
Figure DEST_PATH_IMAGE004
式中：
X-距离管道上游站点的放生泄漏点，m；
a-负压波的传播速度，m/s；
L-被测管道的长度，m；
Figure 45629DEST_PATH_IMAGE005
-上游压力变送器和下游压力变送器收到负压波的时间差；
v-流体流速，m/s。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，上游压力变送器、输油泵变频器和上游流量计分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器、输油泵变频器、上游流量计分别连接上游站点已建PLC，下游压力变送器和下游流量计分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器和下游流量计分别连接下游站点已建PLC，上游站点已建PLC和下游站点已建PLC分别通过Modbus for TCP/IP协议通信网络连接系统组件，本发明通过系统组件可直接采集上游站点已建PLC和下游站点已建PLC的数据，从而读取各检测仪表的信号，不需要信号分配器和信号采集装置，因此降低了泄漏检测系统整体成本，降低了建设成本，降低了维护工作量，有利于推广应用；
（2）本发明系统组件采集上游站点已建PLC或下游站点已建PLC数据的频率与上游站点已建PLC或下游站点已建PLC采集数据的频率相同，其中上游站点已建PLC或下游站点已建PLC采集数据的频率为10HZ，在实际应用中，由于泄漏时管线压力通常变化较为缓慢，每秒采集10个信号已经完全可以满足泄漏检测的需要，避免了资源浪费，减少了系统组件巨大数据的运算过程，这样有效提高了泄漏检测的灵敏度；
（3）本发明的上游站点已建PLC和下游站点已建PLC通过系统组件的计算机获取标准时间，然后用该时间将采集到的每个数据打上时间标签，从而实现时间同步，提高了泄漏位置检测的精度；
（4）本发明原油输送管线泄漏检测系统架构结构简单、易于实现，操作成本低，易于在同类型架构推广应用，同时本发明泄漏位置检测方法通过负压波进行泄漏定位，计算方法合理，计算难度小，泄漏位置预测准确度高。
附图说明
图1、本发明一种原油输送管线泄漏检测系统架构的结构示意图；
图2、本发明一种原油输送管线泄漏检测系统架构的负压波泄漏点位置定位的原理图。
1-上游压力变送器，2-输油泵变频器，3-上游流量计，4-上游站点已建PLC，5-下游压力变送器，6-下游流量计，7-下游站点已建PLC，8-系统组件。
具体实施方式
下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明所述系统软件为现有软件，名称为：管道泄漏检测与定位客户端软件，其中系统软件中数据读取模块为任何能实现数据读取的模块。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种原油输送管线泄漏检测系统架构，包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，其中管线上游站点架构包括上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3和上游站点已建PLC 4，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2和上游流量计3分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3分别连接上游站点已建PLC 4，所述下游站点架构包括下游压力变送器5、下游流量计6、下游站点已建PLC 7和系统组件8，其中下游压力变送器5和下游流量计7分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器5和下游流量计6分别连接下游站点已建PLC 7，其中上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7分别通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议连接系统组件，其中系统组件8可直接采集上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7的数据。
实施例2
如图1所示，本发明公开了一种原油输送管线泄漏检测系统架构，包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，其中管线上游站点架构包括上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3和上游站点已建PLC 4，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2和上游流量计3分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3分别连接上游站点已建PLC 4，所述下游站点架构包括下游压力变送器5、下游流量计6、下游站点已建PLC 7和系统组件8，其中下游压力变送器5和下游流量计7分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器5和下游流量计6分别连接下游站点已建PLC 7，其中上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7分别通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议连接系统组件，其中系统组件8可直接采集上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7的数据。
优选的，所述上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3的电流均为4~20mA，其中下游压力变送器5、下游流量计6的电流均为4~20mA。
实施例3
如图1所示，本发明公开了一种原油输送管线泄漏检测系统架构，包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，其中管线上游站点架构包括上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3和上游站点已建PLC 4，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2和上游流量计3分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3分别连接上游站点已建PLC 4，所述下游站点架构包括下游压力变送器5、下游流量计6、下游站点已建PLC 7和系统组件8，其中下游压力变送器5和下游流量计7分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器5和下游流量计6分别连接下游站点已建PLC 7，其中上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7分别通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议连接系统组件，其中系统组件8可直接采集上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7的数据。
优选的，所述上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3的电流均为4~20mA，其中下游压力变送器5、下游流量计6的电流均为4~20mA。
优选的，所述上游站点已建PLC 4将采集到的上游压力、上游流量、外输泵变频器频率信号保存在固定地址的寄存器中（如40051，40052，40053），其中下游站点已建PLC 7将采集到的下游压力、下游流量保存在固定地址的寄存器中（如40051，40052）。
实施例4
如图1所示，本发明公开了一种原油输送管线泄漏检测系统架构，包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，其中管线上游站点架构包括上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3和上游站点已建PLC 4，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2和上游流量计3分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3分别连接上游站点已建PLC 4，所述下游站点架构包括下游压力变送器5、下游流量计6、下游站点已建PLC 7和系统组件8，其中下游压力变送器5和下游流量计7分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器5和下游流量计6分别连接下游站点已建PLC 7，其中上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7分别通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议连接系统组件，其中系统组件8可直接采集上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7的数据。
优选的，所述上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3的电流均为4~20mA，其中下游压力变送器5、下游流量计6的电流均为4~20mA。
优选的，所述上游站点已建PLC 4将采集到的上游压力、上游流量、外输泵变频器频率信号保存在固定地址的寄存器中（如40051，40052，40053），其中下游站点已建PLC 7将采集到的下游压力、下游流量保存在固定地址的寄存器中（如40051，40052）。
优选的，所述系统组件8包括计算机，以及计算机内的系统软件，其中系统软件内设有数据读取模块，其中数据读取模块可直接通过Modbus for TCP/IP协议从寄存器中读取数据。
实施例5
如图1所示，本发明公开了一种原油输送管线泄漏检测系统架构，包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，其中管线上游站点架构包括上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3和上游站点已建PLC 4，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2和上游流量计3分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3分别连接上游站点已建PLC 4，所述下游站点架构包括下游压力变送器5、下游流量计6、下游站点已建PLC 7和系统组件8，其中下游压力变送器5和下游流量计7分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器5和下游流量计6分别连接下游站点已建PLC 7，其中上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7分别通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议连接系统组件，其中系统组件8可直接采集上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7的数据。
优选的，所述上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3的电流均为4~20mA，其中下游压力变送器5、下游流量计6的电流均为4~20mA。
优选的，所述上游站点已建PLC 4将采集到的上游压力、上游流量、外输泵变频器频率信号保存在固定地址的寄存器中（如40051，40052，40053），其中下游站点已建PLC 7将采集到的下游压力、下游流量保存在固定地址的寄存器中（如40051，40052）。
优选的，所述系统组件8包括计算机，以及计算机内的系统软件，其中系统软件内设有数据读取模块，其中数据读取模块可直接通过Modbus for TCP/IP协议从寄存器中读取数据。
优选的，所述系统组8件采集上游站点已建PLC 4或下游站点已建PLC 7数据的频率与上游站点已建PLC 4或下游站点已建PLC 7采集数据的频率相同，其中上游站点已建PLC 4或下游站点已建PLC 7采集数据的频率为10HZ。
优选的，所述上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7均可通过系统组件8的计算机获取标准时间，然后用该时间将采集到的每个数据打上时间标签，从而实现时间同步。
实施例6
如图1所示，本发明公开了一种原油输送管线泄漏检测系统架构，包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，其中管线上游站点架构包括上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3和上游站点已建PLC 4，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2和上游流量计3分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3分别连接上游站点已建PLC 4，所述下游站点架构包括下游压力变送器5、下游流量计6、下游站点已建PLC 7和系统组件8，其中下游压力变送器5和下游流量计7分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器5和下游流量计6分别连接下游站点已建PLC 7，其中上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7分别通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议连接系统组件，其中系统组件8可直接采集上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7的数据。
优选的，所述上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3的电流均为4~20mA，其中下游压力变送器5、下游流量计6的电流均为4~20mA。
优选的，所述上游站点已建PLC 4将采集到的上游压力、上游流量、外输泵变频器频率信号保存在固定地址的寄存器中（如40051，40052，40053），其中下游站点已建PLC 7将采集到的下游压力、下游流量保存在固定地址的寄存器中（如40051，40052）。
优选的，所述系统组件8包括计算机，以及计算机内的系统软件，其中系统软件内设有数据读取模块，其中数据读取模块可直接通过Modbus for TCP/IP协议从寄存器中读取数据。
优选的，所述系统组8件采集上游站点已建PLC 4或下游站点已建PLC 7数据的频率与上游站点已建PLC 4或下游站点已建PLC 7采集数据的频率相同，其中上游站点已建PLC 4或下游站点已建PLC 7采集数据的频率为10HZ。
优选的，所述上游站点已建PLC 4和下游站点已建PLC 7均可通过系统组件8的计算机获取标准时间，然后用该时间将采集到的每个数据打上时间标签，从而实现时间同步。
优选的，一种如上任一项所述的原油输送管线泄漏检测系统架构的泄漏位置检测方法，包括以下步骤：
步骤1）系统组件通过上游站点已建PLC采集上游压力、上游流量和外输泵变频器频率信号，通过下游站点已建PLC采集下游压力和下游流量，同时通过系统组件获取标准时间，然后用该时间将采集到的每个数据打上时间标签，从而实现时间同步；
步骤2）对比采集到的上游压力和上游瞬时流量与下游压力和下游瞬时流量，当上游压力与下游压力之差大于ΔP，或者上游瞬时流量与下游瞬时流量之差大于ΔQ时，确定输送管线存在泄漏；当上游压力与下游压力之差小于ΔP，或者上游瞬时流量与下游瞬时流量之差小于ΔQ时，确定输送管线不存在泄漏；
步骤3）当确定输送管线存在泄漏时，通过泄漏位置公式计算得到泄漏点位置，其中泄漏位置公式是通过负压波进行泄漏点位置定位，然后进行泄漏点的补漏。
优选的，所述ΔP的确定方法如下：
步骤2-1）对平稳运行的管道，系统组件提取管道正常运行时的一组上游压力数据序列{Pa0，Pa1，Pa2 …Pan}，再提取一组下游压力数据序列{Pb0，Pb1，Pb2 …Pbn}，数据序列取24小时内的数据，采样间隔为1s，由此得到数据序列长度n；
步骤2-2）对两组数据序列分别求差值，得到一组上、下游压力差的数据序列{Pc0，Pc1，Pc2 …Pcn}；对该组数据序列进行卡尔曼滤波做平滑处理后再求均值，得到PC，该值即为正常情况时上、下游压力的合理差值；
步骤2-3）对PC乘以相应的放大系数μ，即可得到ΔP，放大系数μ可以在系统组件中设置，其中放大系数μ的范围为：1.05~1.2，所述ΔQ的确定方法与ΔP的确定方法相同。
优选的，所述泄漏位置公式为：
X
Figure 278027DEST_PATH_IMAGE001
Figure 190619DEST_PATH_IMAGE002
Figure 875679DEST_PATH_IMAGE003
Figure 695867DEST_PATH_IMAGE004
式中：
X-距离管道上游站点的放生泄漏点，m；
a-负压波的传播速度，m/s；
L-被测管道的长度，m；
Figure 986034DEST_PATH_IMAGE005
-上游压力变送器和下游压力变送器收到负压波的时间差；
v-流体流速，m/s。
实施例7
选定一条要测试的管线，该管线是某站A至某接转注水站B的集油管线，管线规格为L245N-Φ89×4.0，长度为10.0km，外输压力3.0MPa，在站点A安装上游压力变送器1、输油泵变频器2、上游流量计3，以及上游站点已建PLC 4，在站点B安装下游压力变送器5、下游流量计6、系统组件8，以及下游站点已建PLC 7，并在系统组件8中安装泄漏检测系统软件，通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议从站点A的上游站点已建PLC 4相应寄存器中读取管线首端压力、流量、A站外输泵的运行状态和频率，采集频率为10HZ；从站点B的下游站点已建PLC 7相应寄存器中读取管线末端压力、流量，采集频率为10HZ。
运行一段时间后发现，上游压力与下游压力之差ΔP大于0.01MP，预测输送管线存在泄漏，通过泄漏位置公式计算得到泄漏点位置，
Figure 866265DEST_PATH_IMAGE006
Figure 241883DEST_PATH_IMAGE005
通过泄漏时系统软件读取到的首、末两端压力信号时间戳相减计算得到：
X
Figure 334604DEST_PATH_IMAGE001
Figure 744857DEST_PATH_IMAGE002
Figure 999252DEST_PATH_IMAGE003
Figure 596586DEST_PATH_IMAGE004
其中L为10.0km，a为1100m/s，
Figure 758577DEST_PATH_IMAGE006
Figure 429861DEST_PATH_IMAGE005
为0.25s，计算得到X为5137.5m，即在距离管道上游站点5137.5m处出现放生泄漏点，需要及时进行泄漏点的补漏。
本发明的工作原理如下：
本发明包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，上游压力变送器、输油泵变频器和上游流量计分别设置于管道上游站点，安装方法为现有各仪表的惯用安装方法，用于检测管道上游站点的压力值、流量值以及输油泵变频频率等，其中上游压力变送器、输油泵变频器、上游流量计分别连接上游站点已建PLC，下游压力变送器和下游流量计分别设置于管道下游站点，安装方法为现有各仪表的惯用安装方法，用于检测管道下游站点的压力值、流量值等，其中下游压力变送器和下游流量计分别连接下游站点已建PLC，上游站点已建PLC和下游站点已建PLC分别通过Modbus for TCP/IP协议通信网络连接系统组件，通过系统组件可直接采集上游站点已建PLC和下游站点已建PLC固定地址的寄存器中的数据，从而读取各检测仪表的信号，不需要信号分配器和信号采集装置，因此降低了泄漏检测系统整体成本，降低了建设成本，降低了维护工作量，有利于推广应用。
本发明所述系统组件包括计算机以及计算机内的系统软件，其中系统软件为泄漏检测系统软件，通过泄漏检测系统软件对采集到的数据进行分析，判断管线泄漏情况并定位泄漏点位置，具体实施过程如下：
如图2所示，被测管道的长度为L(m)，流体流速为v(m/s)，距离管道上游站点首端为X处管中的负压波的传播速度为aX（m/s），当在距离管道上游站点X米的地方放生泄漏时，负压波从泄漏点到达管道上游站点的时间为t1(s)，到达管道下游站点末端的时间为t2(s)，则可以得到：
Figure 651895DEST_PATH_IMAGE007
Figure DEST_PATH_IMAGE008
(1-1)
Figure 877471DEST_PATH_IMAGE009
Figure 374312DEST_PATH_IMAGE010
(1-2)
对于该输油管道，负压波法的传播速度取一个定值，本申请认为是1100m/s以上，流体流速V的值约2.5m/s，所以原油在管道中的流速v相对负压波的波速可忽略，上游压力变送器和下游压力变送器收到负压波的时间差
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure 431261DEST_PATH_IMAGE012
，代入(1-1)，(1-2)中化简，得：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure 230720DEST_PATH_IMAGE004
(1-3)
X
Figure 474751DEST_PATH_IMAGE014
Figure 509703DEST_PATH_IMAGE015
(1-4)
X
Figure 573273DEST_PATH_IMAGE001
Figure 543635DEST_PATH_IMAGE002
(1-5)
式(1-5)即为泄漏点位置，三个因变量中，管道长度L可知，
Figure 868437DEST_PATH_IMAGE006
Figure 910342DEST_PATH_IMAGE005
可通过泄漏时软件读取到的首、末两端压力信号时间戳相减计算得到，负压波速取1100m/s，代入计算即可得到泄漏点位置。
本发明系统组件采集上游站点已建PLC或下游站点已建PLC数据的频率与上游站点已建PLC或下游站点已建PLC采集数据的频率相同，其中上游站点已建PLC或下游站点已建PLC采集数据的频率为10HZ，在实际应用中，由于泄漏时管线压力通常变化较为缓慢，每秒采集10个信号已经完全可以满足泄漏检测的需要，避免了资源浪费，减少了系统组件巨大数据的运算过程，这样有效提高了泄漏检测的灵敏度。
本发明的上游站点已建PLC和下游站点已建PLC通过系统组件的计算机获取标准时间，然后用该时间将采集到的每个数据打上时间标签，从而实现时间同步，提高了泄漏位置检测的精度。
本发明原油输送管线泄漏检测系统架构结构简单、易于实现，操作成本低，易于在同类型架构推广应用，同时本发明泄漏位置检测方法通过负压波进行泄漏定位，计算方法合理，计算难度小，泄漏位置预测准确度高。
本发明提供了一种新的原油输送管线泄漏检测系统的拓扑结构和实现方法，充分利用站场和管线已建设施，简化信号采集，大幅度降低泄漏检测系统的建设成本和维护工作量。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.一种原油输送管线泄漏检测系统架构，其特征在于：包括管线上游站点架构和管线下游站点架构，其中管线上游站点架构包括上游压力变送器、输油泵变频器、上游流量计和上游站点已建PLC，其中上游压力变送器、输油泵变频器和上游流量计分别设置于管道上游站点，其中上游压力变送器、输油泵变频器、上游流量计分别连接上游站点已建PLC，所述下游站点架构包括下游压力变送器、下游流量计、下游站点已建PLC和系统组件，其中下游压力变送器和下游流量计分别设置于管道下游站点，其中下游压力变送器和下游流量计分别连接下游站点已建PLC，其中上游站点已建PLC和下游站点已建PLC分别通过通信网络以Modbus for TCP/IP协议连接系统组件，其中系统组件可直接采集上游站点已建PLC和下游站点已建PLC的数据。
2.根据权利要求1所述的一种原油输送管线泄漏检测系统架构，其特征在于：所述上游压力变送器、输油泵变频器、上游流量计的电流均为4~20mA，其中下游压力变送器、下游流量计的电流均为4~20mA。
3.根据权利要求1所述的一种原油输送管线泄漏检测系统架构，其特征在于：所述上游站点已建PLC将采集到的上游压力、上游流量、外输泵变频器频率信号保存在固定地址的寄存器中，其中下游站点已建PLC将采集到的下游压力、下游流量保存在固定地址的寄存器中。
4.根据权利要求3所述的一种原油输送管线泄漏检测系统架构，其特征在于：所述系统组件包括计算机，以及计算机内的系统软件，其中系统软件内设有数据读取模块，其中数据读取模块可直接通过Modbus for TCP/IP协议从寄存器中读取数据。
5.根据权利要求4所述的一种原油输送管线泄漏检测系统架构，其特征在于：所述系统组件采集上游站点已建PLC或下游站点已建PLC数据的频率与上游站点已建PLC或下游站点已建PLC采集数据的频率相同，其中上游站点已建PLC或下游站点已建PLC采集数据的频率为10HZ。
6.根据权利要求4所述的一种原油输送管线泄漏检测系统架构，其特征在于：所述上游站点已建PLC和下游站点已建PLC均可通过系统组件的计算机获取标准时间，然后用该时间将采集到的每个数据打上时间标签，从而实现时间同步。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的原油输送管线泄漏检测系统架构的泄漏位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）系统组件通过上游站点已建PLC采集上游压力、上游流量和外输泵变频器频率信号，通过下游站点已建PLC采集下游压力和下游流量，同时通过系统组件获取标准时间，然后用该时间将采集到的每个数据打上时间标签，从而实现时间同步；
步骤2）对比采集到的上游压力和上游瞬时流量与下游压力和下游瞬时流量，当上游压力与下游压力之差大于ΔP，或者上游瞬时流量与下游瞬时流量之差大于ΔQ时，确定输送管线存在泄漏；当上游压力与下游压力之差小于ΔP，或者上游瞬时流量与下游瞬时流量之差小于ΔQ时，确定输送管线不存在泄漏；
步骤3）当确定输送管线存在泄漏时，通过泄漏位置公式计算得到泄漏点位置，其中泄漏位置公式是通过负压波进行泄漏点位置定位，然后进行泄漏点的补漏。
8.根据权利要求7所述的一种原油输送管线泄漏检测系统架构的泄漏位置检测方法，其特征在于，所述ΔP的确定方法如下：
步骤2-1）对平稳运行的管道，系统组件提取管道正常运行时的一组上游压力数据序列{Pa0，Pa1，Pa2 …Pan}，再提取一组下游压力数据序列{Pb0，Pb1，Pb2 …Pbn}，数据序列取24小时内的数据，采样间隔为1s，由此得到数据序列长度n；
步骤2-2）对两组数据序列分别求差值，得到一组上、下游压力差的数据序列{Pc0，Pc1，Pc2 …Pcn}；对该组数据序列进行卡尔曼滤波做平滑处理后再求均值，得到PC，该值即为正常情况时上、下游压力的合理差值；
步骤2-3）对PC乘以相应的放大系数μ，即可得到ΔP，放大系数μ可以在系统组件中设置，其中放大系数μ的范围为：1.05~1.2，所述ΔQ的确定方法与ΔP的确定方法相同。
9.根据权利要求7所述的一种原油输送管线泄漏检测系统架构的泄漏位置检测方法，其特征在于，所述泄漏位置公式为：
X
Figure 893017DEST_PATH_IMAGE001
Figure 645072DEST_PATH_IMAGE002
Figure 416937DEST_PATH_IMAGE003
Figure 356074DEST_PATH_IMAGE004
式中：
X-距离管道上游站点的放生泄漏点，m；
a-负压波的传播速度，m/s；
L-被测管道的长度，m；
Figure 492657DEST_PATH_IMAGE005
-上游压力变送器和下游压力变送器收到负压波的时间差；
v-流体流速，m/s。
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