燃气管道的泄漏检测和漏点定位信息系统的构建

2011-12-30王新玲

中国新技术新产品 2011年14期

张颖王新玲

（天津市联益燃气配套工程有限责任公司，天津 300100）

1 引言

近年来，随着国民经济的发展，越来越多的城镇居民开始使用燃气。随着管网的不断增多，由于燃气泄露而引发的事故也大量增加。燃气是一种易燃、易爆和有毒的物质，容易造成中毒、火灾、爆炸等恶性事故。而处于地下的燃气管道泄露却不易察觉，难以迅速定位泄漏点，带来了许多安全隐患。本文构建了一个燃气管道的泄漏检测和漏点定位的信息系统。

2 管道泄漏定位原理分析

2.1 各种检测方法的比较

结合不同的检测对象，检测燃气管道泄露的方法可以分为两大类，分别是直接检测法和间接检测法。下面结合本文涉及的具体需求，简要分析这两种检测方法的优势和缺点。

2.1.1 直接检测法

此种方法通过检测管道泄漏出的物质来进行泄露的判定。可以细分为：①检测原件法：利用某些物质会与泄露的油气发生化学反应，将其作为检测元件，来进行泄漏程度和泄漏位置的确定。优点是灵敏度好，缺点是造假成本高。②气体法：将燃气管道沿线是否存在可燃性气体作为泄露油气的判断依据。缺点是需要人工巡视，而且难以在第一时间发现泄漏。③机载红外线法：将精密红外摄像机用飞机吊起，沿管道飞行，通过检测周围土壤与输送油料的细微温差成像检测泄漏位置。适用于长管道泄漏检测，但是不适合地形复杂的地区。

2.1.2 间接检测法

此种方法通过检测由于油气泄露而产生的现象来判定是否发生泄漏。可以细分为：①神经网络法：运用神经网络自适应能力分类识别管道运行状况，进行泄漏程度和泄漏位置的确定。能够适应各种管线分布，缺点是训练神经网络相对复杂。②声发射检测法：指的是由于泄漏所激发的形变或断裂，在管壁中激发出应力波，输送到信号采集单元，实现对泄漏的判定。③压力点分析法:油气泄漏时向检测点传播负压波，引起压力变化，可进行漏点定位。性能非常高，安装迅速，使用简便。④应力波听漏法:当油气泄漏时，与管壁相互作用，管内高压流体产生高频振动。相应传感器检测到应力波，结合信号的强度可定位泄露源。缺点是必须沿管道安装许多传感器，难以进行长距离检漏。⑤负压波检漏法:由于油气的泄漏造成漏点处气压下降。可以通过传感器检测气压的变化，定位泄露源。优点是安装、维护方便，成本低廉。

通过对两大类管道泄漏检测定位方法的分析和对比，充分考虑其各自的优缺点，结合以下9个指标对其进行综合评价和选择。选取的指标分别是：灵敏度、定位能力、评估能力、检测时间、有效性、误报警率、适应能力、可维护性、费用。通过以上的检测原理方法的不同，结合本文所涉及的检测系统的实际需求，从以下3个方面进行检测方法的筛选，分别是施工的难易程度、运行维护的成本以及具体的实践性，最终选取负压波原理的检漏法作为燃气管道泄漏定位信息系统的检测方法。

2.2 负压波泄漏定位原理

负压波指的是当燃气管网的某一点发生泄漏时，由于泄漏点的流体迅速流失导致压力差出现，引起管道中气体的压力波动，从而使压力值在泄漏点处突然大幅度降低。由于出现压力差，泄漏点两边的流体便会迅速向泄漏点处补充，由此产生的振动源将沿着管道中的流体以一定的速度向两方向传播。将这个以泄漏点为源头，沿着管线两个方向传输的波叫做负压波或者减压波。负压波的实际传播速度与不同的输送介质有关。因为管道的波导效应，由于泄露信息而产生的负压波在一段时间之后传播到管道的上下端点，压力波信号被配置在管道的上下端点的传感器采集，并经由系统软硬件进行提取和处理，结合负压波传播时间差以及负压波传播速度，来判定具体的泄漏位置。

3 系统具体设计

3.1 系统总体结构

对于燃气管道泄露定位信息系统来讲，一般的步骤包括漏点定位、泄漏报警、以及人工具体定位几大步骤。一旦燃气管道发生泄露事故时，首先需要系统可以在最短的时间内实时监测到泄露的发生，并迅速定位泄漏点的方位，以协助工程人员在现场精确地确定泄漏点。本文所开发的燃气管道泄露定位信息系统要完成的一系列过程为：燃气泄露负压波的传道、信号的滤波、信号的处理和数据的存储，在此基础上迅速定位写露点。在整体结构上，系统可以分为上位机与下位机两个部分。

上位机由工控计算机担当，下位机则为对燃气管道中的探测点进行对负压波信号传感采集的模块构成。首先，上位机利用有线或无线通信信道，将采集命令发送给下位机，下位机则将采集到的压力数据传输给上位机。上位机对压力数据进行初步处理之后将信号以压力波的形式显示在屏幕上，同时借助负压波理论，探测管道中是否发生了泄露，并定位泄漏点的位置。