管道工程泄漏检测系统在延炼—西安成品油管道上的应用

赵宇飞　富慧敏

摘 要：管道泄漏检测和定位方法的研究已经有几十年的历史，目前，国内外有很多油气管道泄漏检测和定位方法。但由于每条管道的特殊性，管道内介质的多样性，管道铺设环境的复杂性，使得目前没有一种简单可靠、通用的方法解决管道泄漏检测和泄漏点定位问题，特别是小流量的泄漏点定位问题。针对延炼-西安管道运行中泄漏监测系统实际运行中存在的问题，在原有智能音波检漏方法的基础上，采用集成的泄漏检测方法，设计实现了在同一条管道上使用音波检漏系统和负压波系统进行泄漏监测。

关键词：泄漏检测系统；智能音波；负压波；系统集成

1 泄漏检测系统发展背景

现代管道运输始于19世纪中叶的欧洲，近十几年来我国管道建设势头也十分强劲。在享受管道运输带来经济、便利的同时，也要时刻警醒管道运输中油品泄漏产生的巨大危害，泄漏的油品不仅会造成较大的经济损失、还会对环境和社会造成难以估量的影响、更是会发生爆炸等危险事故。泄漏检测则是预防管道泄漏、降低管道风险的重要手段。国外从上个世纪70年代已经开始了关于油气管道检漏技术的研究。我们国家油气管道泄漏检测方面的研究起步的较晚，但是该技术的发展较为迅速。

2 泄漏检测系统发展现状

目前，国内外有很多油气管道泄漏检测和定位方法。基于硬件的方法是指对泄漏物直接进行检测，如生物检漏法、智能清管器法、放射性示踪法、光纤检漏法等。基于软件的方法是指利用现代控制理论、信号处理和计算机技术等对对应泄漏造成的影响进行采集、处理和估计，从而对管道的各类不确定因素、非线性因素、随机性因素引起的各种误差进行计算补偿，从而提高管道泄漏检测的定位精确度和响应灵敏度。

3 创新型泄漏检测系统在延炼-线成品油管道上的应用

延炼-西安成品油管线设计之初选用了较为先进的智能音波泄漏检测系统，在实际运行中发挥了其重要的作用。但是在全国安全维稳工作形式日益严峻的情况下，对泄漏检测系统提出了新要求。现在原有检漏系统的基础上，集成一套負压波检漏系统，共同监测管道泄漏情况。

3.1 智能音波检漏系统介绍

3.1.1 硬件设计

音波泄漏监测系统在首站、3#截断阀室、5#截断阀室、铜川清管站、7#截断阀室、末站的机房或者仪表间分别设置数据采集处理终端，在末站的中心控制室安装泄漏监测定位服务器和监控终端。数据采集处理终端采集并预处理音波信号，通过网络传递给服务器。服务器判断是否泄漏并定位泄漏位置。监控终端安装组态软件，显示来自服务器的系统工作状态和泄漏情况。

3.1.2 软件实现

采集终端主要安装有软件Dolphin Client，对音波信号进行预处理。服务器主要安装有软件Dolphin Server，识别泄漏音波并计算泄漏位置，并通过OPC Server提供系统状态和参数。监控终端主要安装有软件Dolphin RTOPC和Dolphin HMI，RTOPC在监控终端提供和服务器一致的OPC Server，HMI提供人机界面，从OPC Server读取系统状态和参数并显示。

3.1.3 音波信号处理技术

音波检漏系统应用了国内较为领先的信号处理技术，判断管道内的噪音，采用基于HMM模式识别器，准确判断微小的泄漏产生的音波信号。音波检漏系统内核包括音波信号处理、泄漏波形特征提取、实时识别器优化及模型适应性训练优化等先进的核心技术。

3.2 负压波检漏系统介绍

3.2.1 硬件设计

负压波系统在全线首、末站及7个电动阀室设计安装9台压力传感器和9套PLC采集机柜用于数据采集，在中心机房安装一台服务器，在二级调度中心安装一台客户端。

3.2.2 软件实现

各个站点的压力数据通过PLC采集设备经局域网都汇总到服务器组态软件端，OPCClient代理软件通过OPC接口从组态软件中将各个站点的压力数据读取出来再经过时间同步处理后，再传输给服务器端软件进行后台负压波处理模块泄漏判断处理，服务器端软件将处理完后的结果发送到客户端软件进行展示。

3.2.3 负压波信号处理技术

负压波根据压力突降的前缘，判断泄漏发生的时间；根据负压波传递到两端压力传感器的时间差和声音在介质中传播的速度可以算出泄漏点的具体位置。在分析波形的时候，为了避免噪音的干扰，采用小波变换法或者相关分析法对压力信号进行处理。

3.2.4 智能音波系统与负压波系统集成应用

①集成系统所实现功能；在完成该系统集成后新的泄漏检测系统可以达到以下的功能要求：a.系统综合采用智能音波法、负压波法等对管道进行泄漏监控，检测结果自动显示到人机界面；b.系统能够通过传感器阵列保证噪声屏蔽的效果，同时能够将管道正常运行下产生的噪声和泄漏的声波进行有效的区分；c.系统可以实时显示压力数据、流量数据，支持利用人工分析的方法分析压力流量变化，检测并定位管道泄漏；②集成系统达到的性能指标；该集成后的复合型检漏系统达到的性能指标为：最小可测泄漏孔径6-20毫米；最小可测泄漏率0.5～1.5%；定位误差小于管道长度的1%；系统误报率小于1次/月。

参考文献：

[1]金浩，陈建，黄肖静，张英香，王吉武，姚江，潘长城.管道泄漏监测育定位技术研究进展与展望[J].价值工程，2016（08）.