CN1321846A - 输送管线泄漏监控定位方法及其适用的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输送管道的泄漏监控定位方法及其适用的系统。具体地说是一种在管线上按一定的频率同时采集管线内流量输差信号和管线内负压波信号;对所获得的管线内流量输差信号和管线内负压波信号进行输差检漏法和负压波法的耦合分析,对诸如石油等流体的输送管道进行监控,以便及时发现所输送流体的外泄情况,并准确定位泄漏位置的系统。

Description

输送管线泄漏监控定位方法及其适用的系统

本发明涉及一种输送管道的泄漏监控定位方法及时适用的系统。具体地说是一种对诸如石油等流体的输送管道进行监控，以便及时发现所输送流体的外泄情况，并准确定位泄漏位置的系统。

把原油、精炼油等油品通过管道从一处输送到另一处是最经济的输送方式。然而由于这类输送管道的输送距离长，且一般都铺设在地下，因此一旦发生泄漏，很难被及时发现。而在不法分子经常偷盗原有的地方，不仅造成企业财产的损失，进而造成对环境的污染，并且危及附近人员、财产的安全。

在现有技术中，已采用的管道泄漏检测与泄漏定位技术已在包括专利文献在内的多种文献中。归纳起来包括两类：直接检漏法和间接检漏法。其中直接检漏法由于技术复杂、成本高而不适于在长距离输送管道上应用。间接检漏法是通过检测管道中的流量、压力、声音等物理参数的变化来确定管道的泄漏情况和泄漏位置，主要有静态试压法、输差检漏法、负压波法、压力梯度法、管道瞬变模型法等，上述方法在理论上均较为成熟，伴随计算机技术的广泛应用及控制理论和信号处理技术的发展，上述技术在部分管线的现场实用中取得了一定的成效。然而，管道瞬变模型法在用于不同的输送管道时需要建立不同的数学模型，并且在建立数学模型的过程中受人为影响较大，因而其精度不高，目前还没有实用价值。而在其它间接检漏法中，除负压波法和压力梯度法外，其它方法目前都不能有效地确定泄漏点的位置。压力梯度法由于为了计算压力梯度曲线的斜率，要求在长输管线的进口和出口处各设一对相间一定距离的压力传感器，这样在大多数情况下至少有一个压力传感器设置在野外，极易受到不法分子的破坏；另外再多处泄漏的情况下也不能准确的测出泄漏点的位置。负压波法是根据管线某点突然泄漏时在泄漏点会产生一个压降，由此产生一个负压波向上下游传递，通过精确检测负压波到达两端的时间差，并经过分析计算得出泄漏点的位置。然而，在技术作业中的许多情况都会导致产生导线中的波动，如启泵、停泵、调阀门、倒罐等情形。而目前的技术手段难以将因作业操作在管线中引起的波动与因泄漏而引起的波动区分开。因此负压波法常常发生误报，严重影响了其检测定位的灵敏度。而另一方面，输差检漏法则可以有效地确定泄漏是否发生，虽然受所输送的流体的压缩系数、温度及流量计精度等因素的影响，管线进出口的统计流量一般是不平衡的，但在正常情况下，上述因素所导致的输差是较为稳定的，也就是说，进出口的流量差在一个稳定的差值范围内波动。一旦管线中有异常情况发生，必然破坏输差的稳定状态，由此可以断定输送管线中有泄漏情况发生。

为此，本发明的目的在于提出一种监测方法和适用于该方法的监测系统，以便不仅能够准确监测管道泄漏的发生，确定泄漏点的位置，而且能够避免误报保证输送管道的正常工作。

为实现上述发明目的，本发明提出的输送管道泄漏监控定位的方法包括：

(a)．在管线上按一定的频率同时采集管线内流量输差信号和管线内负压波信号；

(b)．通过传输手段将所采集的信号进行汇集；

(c)。对所获得的管线内流量输差信号和管线内负压波信号进行输差检漏法和负压波法的耦合分析，即判断在负压波法的分析曲线中出现拐点时，输差检漏法中的输差值曲线是否出现异常增大；

(d)．在负压波法的分析曲线中出现拐点与输差检漏法中的输差值曲线异常增大同时出现的情况下，进一步通过负压波法分析确定泄漏点的位置；

(e)．对出现泄漏的情况进行报警。

进一步地，在(b)步骤中对所述信号进行放大、滤波、降噪处理；将电信号转换位数字信号数据；进而将转换以后的数字信号数据输入计算机处理系统中；通过统计手段设定阀值，并对接收的实时数据与设定的阀值比较，判断压力曲线变化趋势来设置拐点标志；对一组数据加入帧头、帧尾并转送数据。

实现该方法的系统包括：

(a)信号采集单元：用于采集管线中的运行参数，包括分别在管道每一端设置的一个现场信号采集组构成，所述信号采集组至少包括一个压力传感器和一个流量计，最好所述信号采集组还包括一个温度传感器；

(b)系统校时单元；用于将多个信号采集单元的时钟同步起来，确保所采集的每一组数据为同一时间的；

(c)信号传输单元：用于将现场信号采集单元所采集到的信号传输到信号处理单元；

(d)信号处理单元：对所获得的管线内流量输差信号和管线内负压波信号进行输差检漏法和负压波法的耦合分析，即判断在负压波法的分析曲线中出现拐点时，输差检漏法中的输差值曲线是否出现异常增大，在负压波法的分析曲线中出现拐点与输差检漏法中的输差值曲线异常增大同时出现的情况下，进一步通过负压波法分析确定泄漏点的位置。

(e)报警单元：根据信号处理单元的分析结果决定是否发出报警信号。

进一步地，所述信号采集单元还包括一个用于对信号放大、滤波、降噪处理的信号前置电路和一个将信号采集组采集的信号转换成数字信号的信号转换电路。最好采用转换时间为10μs的十二位AD转换器。

所述信号处理单元为计算机，其中的软件部分包括数据采集程序接口、数据处理模块、单机拐点判断模块、网络同步校验及数据发送模块、拐点计算及输差耦合模块、报警数据处理模块和系统功能设定模块。

本发明的上述技术方案保证了在管线发生泄漏时，系统可以及时正确地做出反应，减少误报率，准确地报告出泄漏量和泄漏地点。以便与工作人员及时采取措施，减少损失、提高了安全生产能力。

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的输送管道泄漏监控定位系统的结构示意图；

图2是本发明的输送管道泄漏监控定位系统的信号流程图；

图3是本发明的输送管道泄漏监控定位系统的软件流程图；

图4(a)、(b)显示了系统中压力、输差的对应关系图。

参见图1，图中示出了分别处于管线的三个端部的A、B、C三站，在A、B、C三站分别安装了进行压力、流量和温度测量的仪表。各站测得的数据通过计算机分析处理后将所得的数据传送到设在A站的系统控制中心。在系统控制中心将接收到的数据进行实时分析处理。

本发明的系统中的信号流程图如图2所示，其中：(1)现场信号传感变送部分：主要由压力传感器、磁电式脉冲型流量计和温度传感器组成，负责采集管线中的参数。其中设置温度传感器的作用在于通过对输送液体的温度测量来矫正因温度变化而产生的输差法和负压波法的测量误差。(2)信号前置电路：其功能是将现场信号传感变送部分测得的信号进行放大、滤波和降噪处理。(3)信号转换电路：具有一个采用转换时间为10μs的12为AD转换器的采集卡，其采集速率高大50次/秒以上。采集卡采用光电隔离技术，被测信号与计算机完全隔离，并且具有较高的输入阻抗和共模抑制比，同时卡上配置了DC/DC隔离电源模块，具有跟强的抗干扰能力，能够充分还原现场信号。(4)全球定位校时系统(GPS)：该系统由一套卫星天线和GPS智能卡组成，可准确无误地将多个数据采集处理系统的系统时钟同步起来，确保A、B、C三个站在同一时间采集数据。(5)无线网络通信系统：应当说明一点，任何能够稳定、准确、可靠地传送信号的通讯系统均可被采用。在本实施例中，采用高速无限以太网的通讯系统，其技术核心是跳频扩散频普技术，此技术具有发射功率小、传输远、传输效率高，保密性好，抗干扰行腔的特点。可以联网实现多媒体信息的自动、高速、双向传输，系统自诊断及故障状态下的自动处理功能。(6)计算机处理系统：本实施例中采用了高可靠性的工业控制计算机。

本实施例的计算机处理系统中的监控系统软件的流程见图3所示，其中包括：(1)数据采集程序接口：通过高接口，系统将经过转换电路转换以后的数字信号采集到软件模块中；(2)数据处理模块：该模块具有对采集到的数据进行软件处理(即数字滤波、积分等)的功能，并完成历史、实时曲线的显示。(3)单机拐点判断模块：该程序模块通过实时数据与设定阀值的初步比较，判断压力曲线变化趋势来设置拐对标志；(4)网络同步校验、数据发送模块：通过读取GPS卡校验、设定的时间，进而将本地时间转换为服务时间，精确地保证同时采集到的多个站点的数据是同一时间的，然后对一组数据加入帧头、帧尾并转送数据；(5)拐点计算、输差耦合模块：对接受到的多个站点的数据进行拐点计算，当确定发生压力异常时，再采用输差耦合法，进一步判断是否在管线中存在流量损失。此时如果存在流量损失，则可断定有泄漏发生，然后再通过负压波法确定泄漏的位置。否则可以断定没有泄漏发生；(6)报警数据处理模块：接到耦合判断的报警标志以后，对本次报警数据进行排序、存盘，自动纪录每次泄漏时的曲线特性，以区别站内卸油台卸油、站内倒阀门、调排量等其它非泄露时的压力波动曲线的特性；逐步形成一个泄漏曲线数据库。并同时提供声光报警，系统给出相应的报警画面、显示报警的数据，以次来提示值班工作人员。(7)系统功能设定模块：为用户提供一个CGI接口，完成一些可以由用户设定的功能，如曲线量程、时间范围、曲线标识、打印等；用户可以进行报警数据列表查询，对保竟是的压力、流量、输差的历史曲线进行回顾等。

图4和图5显示了在管线发生泄漏和未发生泄漏仅进行调阀时，管线中压力、输差的对应关系。图4显示在管线发生泄漏时压力和输差曲线的对应关系，图中显示在输差曲线出现拐点的同时，压力曲线伴随着一个数值的突然放大。而在图5中显示的是压力曲线出现拐点，而输插曲线无明显变化，此时表示管线中没有泄漏发生。而此时出现的压力曲线的拐点实际为调阀、调泵等操作产生的，应当予以排除。由此，管线发生泄漏时，系统可以在40秒之内做出反应，并且可以几个站同时报警，提高了报警的准确性。系统可以计算出泄漏地点的位置和计算出泄漏点产生的泄漏流失量。由于对管线进行实时监控，可以使操作人员及时掌握生产状况，防止管线超压等危险情况的发生，提高了安全生产的能力。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1．一种输送管道泄漏监控定位的方法，包括：

(a)．在管线上按一定的频率同时采集管线内流量输差信号和管线内负压波信号；

(b)．通过传输手段将所采集的信号进行汇集；

(c)．对所获得的管线内流量输差信号和管线内负压波信号进行输差检漏法和负压波法的耦合分析，即判断在负压波法的分析曲线中出现拐点时，输差检漏法中的输差值曲线是否出现异常增大；

(d)．在负压波法的分析曲线中出现拐点与输差检漏法中的输差值曲线异常增大同时出现的情况下，进一步通过负压波法分析确定泄漏点的位置；

(e)．对出现泄漏的情况进行报警。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在(b)步骤中进一步包括如下步骤：——对所述信号进行放大、滤波、降噪处理；——将电信号转换位数字信号数据；——进而将转换以后的数字信号数据输入计算机处理系统中。

3．根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在(b)步骤中进一步包括如下步骤：——通过统计手段设定阀值，并对接收的实时数据与设定的阀值比较；——判断压力曲线变化趋势来设置拐点标志；对一组数据加入帧头、帧尾并转送数据。

4．一种输送管道泄漏监控定位系统，其特征在于包括：

(a)信号采集单元：用于采集管线中的运行参数，包括分别在管道每一端设置的一个现场信号采集组构成，所述信号采集组至少包括一个压力传感器和一个流量计；

(b)系统校时单元；用于将多个信号采集单元的时钟同步起来，确保所采集的每一组数据为同一时间的；

(c)信号传输单元：用于将现场信号采集单元所采集到的信号传输到信号处理单元；

(d)信号处理单元：对所获得的管线内流量输差信号和管线内负压波信号进行输差检漏法和负压波法的耦合分析，即判断在负压波法的分析曲线中出现拐点时，输差检漏法中的输差值曲线是否出现异常增大，在负压波法的分析曲线中出现拐点与输差检漏法中的输差值曲线异常增大同时出现的情况下，进一步通过负压波法分析确定泄漏点的位置。

(e)报警单元：根据信号处理单元的分析结果决定是否发出报警信号。

5．根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述信号采集组还包括一个温度传感器。

6．根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于所述信号采集单元进一步地还包括一个用于对信号放大、滤波、降噪处理的信号前置电路。

7．根据权利要求4至6中任意一项所述的系统，其特征在于所述信号采集单元进一步地还包括一个将信号采集组采集的信号转换成数字信号的信号转换电路。

8．根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述信号转换器采用转换时间为10μs的十二位AD转换器。

9．根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述信号处理单元为计算机。

10．根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述计算机中的软件部分包括数据采集程序接口、数据处理模块、单机拐点判断模块、网络同步校验及数据发送模块、拐点计算及输差耦合模块、报警数据处理模块和系统功能设定模块。

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