智能音波技术在油气管道泄漏监测中的应用

施晓红

（大庆油田有限责任公司天然气分公司，黑龙江 大庆 163416）

1 概述

天然气管道具有高压、易燃、易爆的特性，管道的安全管理极为重要，泄漏是管道运行中最主要的安全隐患，尤其是天然气、轻烃管道的泄漏将会造成中毒、火灾、爆炸等严重事故，而近年随着腐蚀泄漏、人为打孔偷盗等问题日益突出，加剧了管网安全运行的严峻性。因此，确保管网运行安全，是油田首要的政治责任、经济责任和社会责任。

智能音波管道泄漏监测技术引入了先进的信号处理、模式识别和人工智能技术，可监测气体、液体、气液混合以及多相流管道，提高管道泄漏监测系统的灵敏度、可靠性和稳定性，降低误报率，是目前最为先进的第四代管道泄漏监测技术。探讨智能音波技术在天然气管道在线泄漏监测中的应用，实现实时监测管道运行情况，及时发现并确定泄漏发生的位置，从而可以及时有效地进行应急处理，控制和减少因管道泄漏造成的损失。

2 智能音波油气管道泄漏监测系统工作原理

管道泄漏瞬间，输送介质在泄漏点产生具有一定特征的音波，并沿管道向两端传播。

采集终端通过安装在管段两端的传感器接收到音波信号，经过预处理之后，与GPS时钟一起通过网络传送到服务器。

服务器进行实时识别处理（采用复杂统计模型的识别器），判断管道是否发生泄漏，同时利用管段两端数据采集处理终端接受到音波信号的时间差，计算出泄漏发生位置。

在每个环节利用人工智能技术过滤干扰，最终降低误报率，提高了监控精度。

3 智能音波油气管道泄漏监测系统的组成

智能音波油气管道泄漏监测系统主要分为数据采集处理终端、泄漏监测定位服务器和监控终端，同时系统运行需要计算机网络（运行TCP/IP协议）支持。

3.1 数据采集处理终端

传感器：实时将管道中的声波信号转换为电信号，传输给前端处理模块。天然气输送管道智能音波泄漏监测系统可采用定制的传感器，有效解决微弱音波信号的捕捉问题，为系统的可靠运行奠定基础。

前端处理模块：在微小泄漏孔径的情况下，泄漏点产生的音波信号及其微弱，经过长距离传输将进一步衰减。前段处理模块的功能就是信号的放大和噪声抑制。

采集模块：将信号做AD转换，变为可用计算机处理的数据。

GPS：获取精准的时间，泄漏监测定位服务器用来计算泄漏位置。

采集主机：安装采集程序，把音波信号转换为数字域的多通道信号，再通过维纳滤波、自适应滤波等先进的信号处理方法进行预处理，去除背景噪声和各种干扰信号，最后和GPS信号一起通过网络传送给泄漏监测定位服务器。

3.2 泄漏监测定位服务器

泄漏监测定位服务器由硬件和软件组成，硬件一般使用高稳定性的服务器，软件可选用 DOLPHIN SERVER V2.1。

硬件要求：Windows XP SP2，2.0 GHz Pentium IV，1GB RAM，4GB HDD Space

软件功能：建立并维护各采集终端的通讯信道；利用各采集终端的 GPS时钟信号对其发送的数据进行精确时间同步依据管网的拓扑结构，对比和匹配各采集终端的数据，判断管道是否发生泄漏，并根据音波信号到达各采集终端的时间差，计算泄漏位置；保存原始数据以及中间数据，以便进一步分析处理。

3.3 监控终端

监控终端安装客户端程序和人机界面程序（含底层组态软件），实时显示管道的运行状态，当发生泄漏时及时报警。

可以配置多台监控终端与泄漏监测定位服务器相连，监控终端也可和泄漏监测定位服务器共用一台计算机。

硬件要求：Windows XP SP2，800 MHz Pentium III，256M RAM，40M HDD Space

3.4 通讯系统

使用计算机网络（运行TCP/IP协议）。数据采集处理终端的数据通过通讯网络传送到泄漏监测定位服务器，监控终端与泄漏监测定位服务器也通过通讯网络相连接。

各个数据采集终端和监测定位服务器之间需要网络平台支撑，可以利用现有网络。

系统应有严格的数据完整检查和出错重传机制，保证每条数据都准确可靠地传递。如果系统出现故障，可远程调试。

3.5 技术指标：支持跨网段传输；支持复杂管网（树状、环状等），在分支位置可以不设采集终端；可连接任意多采集终端；支持在线参数修改和音速校准（不需要重新启动程序）；支持断点续传。

结束语

利用贝加莱管道泄漏监测系统，经过对三条天然气管道（最长39.7公里），三个月的泄漏试验测试，该技术能够及时准确检测到所有管道泄漏事件，最小泄漏孔径为3mm，对应泄漏率0.2%；并能确定泄漏发生的位置，平均定位精度小于100m，检测时间小于2分钟，测试期间没有发生误报。该系统运行稳定，安装方便，易于推广。

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[3]郭文辉，曾宪云.工业安全与环保.管道泄漏检测技术[J].2007年第33卷第2期.