管道泄漏监测报警定位系统原油集输

输油管道泄漏监测报警定位系统天津市正方科技开展

管道生产的“千里眼〞原油输送的“保护神〞一、系统综述输油管道泄漏监测报警定位系统2000年正方公司自行研制开发生产的输油管道泄漏监测报警定位系统经过现场试验并通过不断改进完善，使该系统技术指标到达国内领先水平。该系统采用负压波结合输量平衡的报警定位方法，对复杂工况下的报警定位技术有了很大的突破，具有灵敏度高、报警及时、定位准确、抗干扰能力强等特点。目前大港油田、辽河油田、大庆油田、天津石化、中油管道公司等几十条输油管道上安装使用了该系统，并及时地发现、破获了多起人为破坏管道打孔盗油案件，起到了管道生产的“千里眼〞，原油输送的“保护神〞的作用。该系统于2002年3月通过了天津市科学技术成果鉴定，并得到天津市公安局平安技术防范产品生产登记批准。2003年被国家五部局列为重点新产品。二、设计原那么输油管道泄漏监测报警定位系统平安性准确性先进性易用性系统完全按照中国石油大港油田公司的网络平安要求，建立完善的平安策略。定时备份数据库数据，关闭所有不需要的端口，安装先进的防病毒软件，专机专用，不安装与报警系统系统无关软件，及时更新操作系统平安补丁、病毒库及升级程序。由于系统应用场合为易燃易爆场所，我们对现场采集系统采取了隔爆、防爆。最大程度地保证了平安生产。系统全部安装在站内保证了系统本身的平安。

平安性先进性系统采用国际先进且成熟的微软操作系统WindowsXP和大型数据库管理系统MSSQLSERVER2000，系统采用的硬件设备全部为工业级产品，技术成熟先进。系统采用模块化结构，具有很好的适应能力和扩展能力。系统采用国际先进的计算机数据处理技术、信号处理技术、通过合理运用，保证系统在技术上到达国际先进水平。准确性和易用性准确性：报警用时，定位准确易用性：操作方便三、工作原理输油管道泄漏监测报警定位系统1、报警原理首站压力首站流量末站压力末站流量首站上调排量压力↑流量↑压力↑流量↑首站下调排量压力↓流量↓压力↓流量↓泄漏压力↓流量↑压力↓流量↓管道发生泄漏时，首端流量上升，末端流量下降，输差增大，同时首末站压力下降，当输差和压力变化量大于“设定值〞〔报警门坎〕时，系统报警。管道科技输油管道泄漏监测报警定位系统工作原理20022、定位原理首站压力末站压力t1t2负压波输量平衡法定位设管道长度L、压力波传递速度α〔变量〕、流速V，Δt=t2-t1由以下公式即可算出管道泄漏位置X0：

当管线某点发生泄漏时，该点就会产生一个负压波，这个压力的变化通过介质按一定规律向两端传播，压力波传播过程衰减较小，可以传播相当远的距离，传感器能检测出压力波到达测量点的时刻，利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏位置。压力传感器负压波的瞬时传播速度与介质的温度、粘度、管道材料、管径、弹性模量等参数有关。对由于因管线的工况参数及被输介质的理化性质和温度等引起压力波的传递速度及衰减速度变化进行必要的补偿和修正，即可实现准确定位。

四、关键技术输油管道泄漏监测报警定位系统关键技术问题及其解决方法

微弱信号的提取；传播速度的修正；微弱信号的提取

精确获得泄漏引发的压力波传播到上下游传感器的信号，需要准确地捕捉到泄漏压力波信号序列的对应特征点。由于不可防止的工业现场的电磁干扰、输油泵的振动等因素，采集到的压力波信号序列附加了大量噪声，如何从噪声当中准确地提取出信号的特征点是定位的关键。正方公司在国内率先利用小波变换对负压波信号进行处理，并应用于输油管道泄漏报警定位系统〞。通过小波算法的应用，克服了以往算法的缺点，提高了运算速度和处理精度。小波变换原理

小波变换〔wavelettransform〕是80年代后期开展起来的应用数学分支。小波变换的含义是：把某一被称为根本小波［也叫母小波〔motherwavelet〕］的函数ψ(t)作位移τ后，再在不同尺度a下与待分析信号x(t)作内积：

，a＞0等效的频域表示是：小波变换粗略解释

cc′c″d″d′d镜头推进方向a平移方向τ以较高频率作分析以较低频率作分析x(t)从上图可以形象地看出，小波变换好似用镜头观察目标x(t)，(t)代表镜头所起的作用，相当于使镜头相对于目标平行移动，a相当于使镜头向目标推进或远离。所以，小波变换被誉为分析信号的数学显微镜。小波变换的应用

小波变换具有多分辨率的特点，即可以由粗及精地逐级分析信号，也可以看成用根本频率特性为〔w〕的带通滤波器在不同尺度下对信号作滤波。小波变换是检测低能量的短暂瞬变的有效手段。非常适合检测突发性泄漏引起的瞬态负压波。因为我们既需要知道瞬态负压波的低频概貌，又需要知道它的高频细节。小波变换的应用

传播速度的修正

负压波传播速度公式：式中a–––––管内压力波的传播速度，m/s；

K–––––液体的体积弹性系数，Pa；

–––––液体的密度，kg/m3；

E–––––管材的弹性，Pa；

D–––––管道直径，m；

e–––––管壁厚度，m；

C1–––––与管道的约束条件有关的修正系数；

如果将负压波传播速度写为随距离变化的函数形式a(x)，由泄漏点处负压波传播到首末端的所需时间分别为：考虑温度变化对速度的影响

考虑温度时的定位公式

考虑到精度和计算量的要求，这里采用复化Simpson算法进行泄漏点定位：为了确定泄漏点的位置xL，系统中提出了一种快速的搜索算法。搜索算法的原理是每次将xL＝ni〔ni为一固定值〕代入〔a〕计算出tni，计算yi＝〔t为实测到的时间差〕，逐次计算yi的值，其中最小的yi值所对应的点表征的位置xni，即为泄漏点。五、系统结构输油管道泄漏监测报警定位系统1、现场数据采集处理系统2、数据通讯系统3、中央数据监视处理分析系统系统组成通讯系统通讯系统其它计算机数据监控处理系统

计算机数据监控处理系统压力流量温度压力流量温度信号采集系统信号处理单元

压力温度流量首站末站

信号采集系统信号处理单元

压力温度流量庄大站信号采集系统

数据采集处理系统

网络通讯

南一站

南一站南三站数据采集处理系统

网络通讯数据采集处理系统

网络通讯数据采集处理系统

网络通讯

计算机数据监控处理系统

二厂调度油田公司网

计算机数据监控处理系统

经保大队

计算机数据监控处理系统

工艺站油田公司网巡线队和工艺站从调度室计算机获得数据，当调度室计算机病毒干扰时巡线队和工艺站也受影响，针对这种情况系统做了改进，巡线队和工艺站也直接从底层的采集系统获得数据，这样整个系统更加可靠稳定。见下面改造后的结构。庄大站数据采集处理系统

网络通讯

南一站

南一站南三站数据采集处理系统

网络通讯数据采集处理系统

网络通讯数据采集处理系统

网络通讯

计算机数据监控处理系统

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计算机数据监控处理系统

经保大队

计算机数据监控处理系统

工艺站1、数据采集分析系统数据采集分析系统分别安装在首站和末站，主要对流量、压力、温度信号的采集、预处理、压缩打包后，通过通讯系统送到数据监视处理系统。数据采集分析系统采用带有独立CPU的紧凑型控制器，数据采集处理单元主要由16-bit、8-channelanalogdifferentialinputmodule和16-bit、microprocessor组成。分别对压力和流量信号进行前置放大、滤波、A/D转换、编程等预处理。它适用于无人值守的工作环境，能够进行独立的数据采集和处理。

2、通讯系统通讯系统采用网络通讯方式。通讯系统的主要功能是把首站和末站经过“数据采集分析系统〞处理以后的压力、流量信号送到集输调度室的“数据监视处理系统〞。调度室通过网络传到其它管理科室。3、数据监视处理系统数据监视处理系统安装在调度值班室，主要是对采集数据进行存储、分析处理、报警定位等。数据监视处理系统设有工作界面、历史数据查询界面、地图界面、参数设置界面、事件记录等。主要功能是对各种数据进行分析、计算以曲线和数字两种形式显示压力、流量和温度和瞬时值，报警定位。以及历史数据查询、自学习、自诊断、自适应、自识别、自纠错等功能。主窗口〔南南线〕主窗口〔庄南线〕参数设置界面六、主要技术指标输油管道泄漏监测报警定位系统主要技术指标监测长度：≤60Km定位误差：≤士100m测漏精度：>瞬时流量×1%系统反响时间：≤120s系统的主要功能1、声光报警；2、以地图和文字两种形式显示泄漏位置查找方便；3、报警门坎可调，适应各种复杂工况；4、显示开始泄漏时间、泄漏结束时间；5、以曲线和文字两种形式，显示实时压力、流量、温度的瞬时值；6、便于数据统计，实现生产管理自动化；7、流量核实，防止了漏报和误报，可靠性高；8、数据长期保存，有数据库检索功能，以备查询；9、设有记事本，记录发生事件的时间、性质并长期保存；10、功能开关齐全，操作方便；11、系统监测精度高，速度快；12、具有自动定位手动核实功能七、泄漏图片输油管道泄漏监测报警定位系统系统的操作主要有两局部；一是系统操作；二是泄漏图形识别，下面是几个典型的泄漏图形。八、公司简介输油管道泄漏监测报警定位系统公司简介天津市正方科技开展是一个面向石油石化，以高新技术产品和技术效劳为主的民营企业。注册资金1506万元。现有员工近100人。2002年，公司质量管理体系通过了长城质保中心ISO19001：2000质量管理体系认证，被天津市科委认定为高新技术企业。

成员组成123平均年龄29.6本科以上87.9%研发人员70研发所占比例77%管理人员8%研发管理12%研发人员65%项目经理5%市场人员10%资质组织结构123研发部质量管理部工程地质部董事会总经理技术中心营销中心运营中心市场销售部技术方案部财务部人力行政部经营管理部北京研发中心西安研发中心