天然氣屬于可燃性氣體

1、天然氣屬于可燃性氣體， 由于可燃?xì)怏w外泄容易與空氣形成爆炸性混合氣體， 因此，可燃?xì)怏w的泄漏就容易造成火災(zāi)爆炸事故 .天然氣的主要成分是甲烷，甲烷對溫室效應(yīng)的作用僅次于C02,它的泄漏，排放對大氣環(huán)境的影響已引起世界各國的關(guān)注。 甲烷在大氣中的濃度在過去 100 多年 里增大了 1 倍多，在過去 20 年中以平均每年 0.9%的速度增長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 CO2 濃度的增長值。 通過石油與天然氣工業(yè)， 煤炭開采， 固體廢棄物堆存， 污水處理， 水稻種植以及生物質(zhì)燃燒等人類活動(dòng)排放的甲烷占70%。天然氣從氣井開采出來后，通過集輸，凈化，配氣等過程為用戶提供商品氣。在此過程中，系統(tǒng)存在 一定輸差， 產(chǎn)生輸

2、差的原因主要包括系統(tǒng)泄漏， 站外放空及計(jì)量誤差等。 管輸系 統(tǒng)天然氣泄漏包括內(nèi)漏外漏和事故性泄漏。安裝泄漏檢測系統(tǒng)的必要性安裝該系統(tǒng)后，如果發(fā)生泄漏、盜油情況時(shí)，通過檢測系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)確 定位， 能夠?qū)π孤c(diǎn)或盜油點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行處理， 將損失降低到最低點(diǎn)。 我們目 前的巡線方式為常規(guī)巡線方式， 對泄漏點(diǎn)和盜油點(diǎn)全憑人眼觀察和經(jīng)驗(yàn)判斷， 對 人的依賴程度高， 具有一定盲目性和偶然性， 如果巡線人員在巡線過程中不夠細(xì) 心或責(zé)任心不強(qiáng)， 很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)或者盜油點(diǎn)。 并且目前巡線人員少， 工作 量大， 容易疲勞產(chǎn)生惰性。 長時(shí)間尋找不到泄漏點(diǎn)或者盜油點(diǎn)容易產(chǎn)生壓力， 喪 失信心， 對工作產(chǎn)生不利

3、影響。 安裝管線檢測系統(tǒng)后， 對泄漏點(diǎn)或者盜油點(diǎn)監(jiān)測 和定位由技術(shù)裝備來完成， 這樣獲得的信息及時(shí)準(zhǔn)確， 巡線人員就能夠?qū)κ录?速作出反應(yīng)，及時(shí)趕到事故現(xiàn)場，采取有效措施，控制事態(tài)擴(kuò)大，保障人民群眾 生命財(cái)產(chǎn)安全，減少國家財(cái)產(chǎn)損失，保護(hù)環(huán)境。檢測系統(tǒng)的原理 根據(jù)管道介質(zhì)流動(dòng)質(zhì)量守恒原理，綜合考慮管壁、介質(zhì)密度、允許誤差限、泄漏 檢測靈敏度和可靠性等影響因素， 根據(jù)管道端點(diǎn)所采集的流量、 壓力和溫度數(shù)據(jù)， 通過渠漏量計(jì)算，誤差分析、最大容許管道儲量變化分析， 分類錯(cuò)誤概率及狀態(tài) 分類的可靠性判斷，泄漏狀態(tài)報(bào)警及報(bào)警限的設(shè)置， 確定管段內(nèi)是否有介質(zhì)泄漏。管道的泄漏不僅僅會帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失，造成

4、資源的浪費(fèi)，而且根據(jù)管道里所運(yùn)送物質(zhì)的不同，還會對環(huán)境造成嚴(yán)重的危害 ，甚至?xí)＜暗饺藗兊纳Ｒ虼?， 各國都十分重視有效地預(yù)防管道的泄漏，如何及時(shí)有效地探測到管道的泄漏，準(zhǔn)確地定位漏點(diǎn)，成為各國一直以來研究的重點(diǎn)。引發(fā)輸油管道泄漏事故的種種原因中,人為破壞管道竊取 石油的情況最為嚴(yán)重。盜油是我國 油田建設(shè)中的特殊問 題,解決不法 分子打孔盜油的技術(shù)關(guān)鍵是：管道泄漏檢測及精確定位。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏油事故并準(zhǔn)確定位，對于迅速采取措施、 減少事故造成的損失，是油田建設(shè) 和管理中十分必要和緊迫的問題 ，且有著十分顯著的社會效益和 經(jīng)濟(jì)效益。本論 文在調(diào)研和查閱資料的基礎(chǔ)上 ，對輸油管道發(fā)生泄漏時(shí)的

5、 壓力、流量等狀態(tài)的變 化進(jìn)行了研究，分析了管道發(fā)生泄漏時(shí)其相應(yīng) 參數(shù)的變化規(guī)律；分析了管道內(nèi)的 流體溫度 隨傳輸距離而變化的規(guī)律及其對管道內(nèi)負(fù)壓力波傳播速度的影響；采用壓力、流量聯(lián)合判別方法，結(jié)合管道兩端接收到負(fù)壓力波的時(shí)間差，對管道泄漏進(jìn)行檢測與泄漏點(diǎn)定位；將管道內(nèi)的負(fù)壓力波速公式采用復(fù)化辛普森公式進(jìn)行改造 采用無線擴(kuò)頻網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行采樣 數(shù)據(jù)傳輸Super 32系列原油外輸管道泄漏檢測控制設(shè)備，采用計(jì)算機(jī)、RTU等實(shí)時(shí)測控等技術(shù)，根據(jù)用戶需求選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測量（壓力、流量、溫度等）及相應(yīng)的測控 軟件包，對輸油管道輸油情況實(shí)現(xiàn)長期在線實(shí)時(shí)檢測，依照設(shè)置的參數(shù)，輸出多種控制和報(bào)警結(jié)果。設(shè)備具有遠(yuǎn)

6、程聯(lián)網(wǎng)通信端口， 可以在完成單點(diǎn)測控的基礎(chǔ)上， 組成多點(diǎn)SCADA測控系統(tǒng)。產(chǎn)品功能主工作界面，可人工設(shè)置測控點(diǎn)壓力、流量等基本參數(shù)參數(shù)設(shè)置，設(shè)置儀表量程、報(bào)警極限、從站工作參數(shù)等參數(shù)趨勢圖曲線，查看壓力、流量等測量量變化過程趨勢圖放大曲線，用于分析工作情況、優(yōu)化調(diào)整控制參數(shù)數(shù)據(jù)瀏覽，查看歷史數(shù)據(jù)泄漏報(bào)表，查看報(bào)警記錄系統(tǒng)測試，查看 AI、AO、DI、DO實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用戶登錄，區(qū)分不同用戶的操作權(quán)限系統(tǒng)幫助，閱讀簡要使用說明系統(tǒng)圖示主從站匿厠應(yīng)用時(shí)，通過主站計(jì)算機(jī)對管剛運(yùn)行數(shù)據(jù)采集分析，適用于對叢發(fā)泄漏測控、 徽量泄漏分析、泄漏點(diǎn)分段定位，主要用于較大范圍的重點(diǎn)管道安全工程.主站設(shè)在具 有管理職能

7、的庾油集輸站，從站設(shè)在廩油集輸分站.從站數(shù)據(jù)由從站以無線的育式傳回 主站，2站距離不小于30公里，從站0援力方式延伸，主站可控制J1&個(gè)從站.主站用 于對從站管理、數(shù)據(jù)采集與分析，通過比較站間總管道前二站岀口與后一站入口數(shù)據(jù)， 判斷泄漏情況.各站均可以根據(jù)各自的入口'出口設(shè)定值分別報(bào)警.在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，將 JA B-BS C-C二等魏據(jù)感對對比分析'實(shí)現(xiàn)測控“ 咱IE解決問題Super 32系列原油外輸管道泄漏檢測控制設(shè)備，該系統(tǒng)非常適應(yīng)現(xiàn)階段我國原油輸送管道運(yùn)營過程中， 出現(xiàn)的種種問題，并且很好地加以解決， 產(chǎn)品功能上絕對 可以和國際先進(jìn)的同類產(chǎn)品媲美，價(jià)格上反而具有非

8、常大的優(yōu)勢，是我們國內(nèi)石 油企業(yè)的不二選擇。 產(chǎn)品開發(fā)成功以來， 已經(jīng)順利通過驗(yàn)證， 并且廣泛的應(yīng)用在 實(shí)際的企業(yè)使用中，通過了市場的考驗(yàn)，受到廣發(fā)的好評，市場前景光明?？蛻魞r(jià)值l系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)在線壓力、流量測量法，測量準(zhǔn)、精度高l系統(tǒng)能手動(dòng) / 自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)壓力、流量測控點(diǎn)人工或自動(dòng)處理l系統(tǒng)控制參數(shù)、功能參數(shù)，可隨時(shí)調(diào)整，方便地適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境l系統(tǒng)自動(dòng)生成運(yùn)行曲線、定時(shí)記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，方便分析變化情況l系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示壓力、流量等控制數(shù)據(jù)l系統(tǒng)為全漢字人機(jī)界面，使用直觀、方便l系統(tǒng)具有壓力、流量超限等多項(xiàng)報(bào)警功能l 系統(tǒng)支持多種通信方式，可多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)使用，組成 SCADA 系統(tǒng)l系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)

9、自動(dòng)存儲，可實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)l系統(tǒng)的測量、控制部件與外接儀表或設(shè)備完全隔離，避免了外界的干擾l系統(tǒng)主控制器采用優(yōu)秀的工業(yè)級產(chǎn)品，其性能先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理，具有卓越的溫度特性，可在惡劣的環(huán)境下工作主要產(chǎn)品簡介Super32 RTUSuper 32系列可編程控制器，是面向工業(yè)現(xiàn)場信號采集和對現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控的新型通用RTU。Super 32產(chǎn)品的核心是32位CPU和32位數(shù)字處理器通信模塊， 具有極強(qiáng)的運(yùn)算處理能力。 它集完備的本地測控功能和完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能于一 體，不僅能完成邏輯、 定時(shí)、 計(jì)數(shù)控制， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、 高速計(jì)數(shù)、 模擬量控制、 PID、RTD 、TC 等功能，還具有更強(qiáng)大的通訊組網(wǎng)能力。S

10、uper 32系列產(chǎn)品具有功能全面、應(yīng)用靈活、性能可靠、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。代表 著 SCADA 系統(tǒng)的發(fā)展方向。 可廣泛應(yīng)用于石油化工、 電力、冶金、供熱、鍋爐、 大氣環(huán)境、 水情、供水、 污水處理、 路燈監(jiān)控、 智能建筑、 市政等行業(yè)的 SCADA 系統(tǒng)中。近年來， 輸油管道泄漏事故不斷發(fā)生， 給國家的經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失， 人員傷害 及環(huán)境污染。 建立管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)， 及時(shí)準(zhǔn)確報(bào)告事故的范圍和程度， 可以最 大限度地減少經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染， 這就要求輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)具有以下幾 個(gè)基本特性 1 ：泄漏監(jiān)測的靈敏性，實(shí)時(shí)性，定位的準(zhǔn)確性。早期石油天然氣管道的泄漏檢測主要是直接觀察法， 由有經(jīng)驗(yàn)

11、的技術(shù)人員攜 帶檢測儀器設(shè)備或經(jīng)過訓(xùn)練的動(dòng)物分段對管道進(jìn)行泄漏檢測和定位。 通過看、聞、 聽或其他方式來判斷是否有泄漏發(fā)生。 這類方法具有定位精確度高和較低的誤報(bào) 率的特點(diǎn)，但不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，檢測只能間斷地進(jìn)行。本文提出了應(yīng)用相關(guān)分析理論結(jié)合負(fù)壓波法對管道泄漏進(jìn)行檢測并定位的 方法。該方法不需要詳細(xì)了解管道內(nèi)部流體性狀， 不需要建立管道正常和故障狀 態(tài)的數(shù)學(xué)模型， 也無需人為從壓力變化曲線圖上去確定兩個(gè)端點(diǎn)的壓力變化突變 點(diǎn)，避免了人為誤差， 大大地提高了系統(tǒng)的定位精度。 該檢測方法不僅可以用于 石油管道的泄漏檢漏， 也可以用于自來水管道的泄漏檢測， 具有很好的推廣價(jià)值。 1 負(fù)壓波泄漏檢測

12、與定位原理管道發(fā)生泄漏時(shí)， 在泄漏處因流體的損失而引起局部流體密度減小， 導(dǎo)致瞬 時(shí)壓力降低，出現(xiàn)速度差。瞬時(shí)的壓降作用在流體介質(zhì)，形成一個(gè)負(fù)壓波。負(fù)壓 波以聲速向管道上下游傳播，利用設(shè)置在管道兩端的壓力傳感器檢測壓力波信 號，根據(jù)信號變化程度和變化的時(shí)間差， 采用信號相關(guān)處理方法進(jìn)行泄漏判定和 泄漏定位。負(fù)壓波定位原理圖如圖 1所示。假設(shè)管道長度 L、壓力波傳遞速度 v、油品 的流速 a。傳想器N濯漏點(diǎn)傳想讓B冃n 上» ?由令垃才z n k歹？1 C F Elf T p 下 1： 口 ； | :Lclyllnadui.CDrn*屛ffii負(fù)壓渡定忖懇丹用由于壓力波的傳播速度一般在

13、1000 m/s以上，而油品的流速 a=1.53 m/s所以a可忽略不計(jì)。得到常規(guī)的負(fù)壓波法定位公式為：.¥=¥（"皿）（I）由式（1）可以得出：根據(jù)負(fù)壓波的傳播速度和兩端壓力傳感器捕捉到這種負(fù) 壓波的時(shí)間差就可以進(jìn)行泄漏點(diǎn)的定位。本文采用相關(guān)分析方法確定時(shí)間差。 2泄漏定位的相關(guān)算法2.1相關(guān)函數(shù)的概念對于兩個(gè)不同的函數(shù) fl（t）和f2（t）,其相關(guān)函數(shù)記為：Su(T)=71(工加0")弘則 /?u(r)=/i(x+T(A(0<k對于鞏"和鞏“兩個(gè)常見的平穩(wěn)遍歷性II機(jī)倍號【叫 經(jīng)典的互相關(guān)南數(shù)可用圮解長的統(tǒng)計(jì)時(shí)間T內(nèi)的時(shí)同歷程樣本*

14、和乘枳的時(shí)何平均來計(jì)算.即： 為羋+仏仍（“訕式中，T為延時(shí)時(shí)間（或位移）。相關(guān)函數(shù)反映了兩個(gè)不同函數(shù)的相似程度， 因此可以描述兩個(gè)信號之間有無關(guān)系或者其相似程度，被廣泛應(yīng)用在分析機(jī)械振動(dòng)與聲學(xué)測量等工程領(lǐng)域。相關(guān)函數(shù)分析方法不僅是一種噪聲過濾方法，濾除信號中的不相關(guān)成分，提高信噪比，提取弱信號，還可用來進(jìn)行系統(tǒng)識別和故障診 斷。在管道泄漏檢測方面就是利用了其時(shí)延估計(jì)的特點(diǎn)。2.2相關(guān)分析法檢測管道泄漏原理 2在管道的首端（X點(diǎn)）和末端（丫點(diǎn)）通過傳感器檢測到的信號， 設(shè)其樣本函數(shù)分別為：ahj = /|；i+|式中和訂分別是苒端X點(diǎn)）和審端丨、點(diǎn)的背 景噪肖0對工U）寸進(jìn)疔相關(guān)運(yùn)算得：L/i

15、(tf + A i(/)|x/,(f+TH.Vr(f (1/J 0(/ )yi /14若噪聲信號山和M完全不相關(guān)卅漏信弓與 嗥聲信號相互獨(dú)立不相關(guān)，則有：為二舸jr棚關(guān)定垃葬法的皐本思想是在足磐長的統(tǒng)計(jì)時(shí)間f 內(nèi)對上卜游的壓力倍號円屮？取乘積的時(shí)間平均值來訂 算其相關(guān)除數(shù)心（?。┘矗篟 （r）=limI p（f）p/r十?。┥剑?）當(dāng)沒有泄漏時(shí)，相關(guān)函數(shù)的值將維持在穩(wěn)定值附近；當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，相關(guān)函數(shù)將Rxy（?子）將發(fā)生較大的變化，當(dāng)變化量達(dá)到一定數(shù)值（閾值）時(shí)，則認(rèn)為管 道發(fā)生泄漏。當(dāng)相關(guān)函數(shù)R<y（ T ）達(dá)到峰值時(shí)，所對應(yīng)的值正好與所對應(yīng)的壓力波傳播到兩個(gè)端點(diǎn)的時(shí)間差相一致。由于相

16、關(guān)函數(shù)R<y（ T ）取極大值的必要條件為R<y（ T ）在T 0處的導(dǎo)數(shù)等于零，由此可求出T 0,并確定 t= T 0。在L和V已知的前提下利用公式（1）即可計(jì)算出X的值，從而確定泄漏點(diǎn)的位置。3管道泄漏檢測系統(tǒng)組成3.1管道泄漏檢測系統(tǒng)簡介管道實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)示意圖如圖2所示。D監(jiān)悴中心曲制解調(diào)黠空憐 電話純眸調(diào)創(chuàng)輸囲誹囲耐駅謂離控利IUL伶客器"吶接板畚* 4<J?WW* OC"陰挨收器 P f ELl'：1Prj4lC T-.CHN IQ?信燔瀾理脣國2普道濯漏檢潢系統(tǒng)示盤圖本系統(tǒng)建立在SCAD/系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上，其總體結(jié)構(gòu)由上位機(jī)與下位機(jī)構(gòu)成。

17、下位機(jī)主要完成數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。上位機(jī)作為系統(tǒng)的監(jiān)控中心通過公用電話網(wǎng)輪流接通下位機(jī) MODE后，向下位機(jī)定時(shí)發(fā)送傳輸命令，并接收下位機(jī)數(shù)據(jù)。上位機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，重點(diǎn)對采集的信號進(jìn)行相關(guān)算法的編程，并經(jīng)終端顯示，給出泄漏處的位置。為了保證管道首末兩端數(shù)據(jù)采集時(shí)間的同步、數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性、提高泄漏檢測的定位精度，本系統(tǒng)采用 GPS技術(shù)實(shí)時(shí)校正首末端計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間。3.2管道泄漏檢測系統(tǒng)中的相關(guān)算法在實(shí)際應(yīng)用中，泄漏點(diǎn)的壓力信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號是離散時(shí)間序列。計(jì)算數(shù)字信號的相關(guān)函數(shù)一般不直接應(yīng)用公式 （6）,而是利用互功率譜密度法。 其計(jì) 算原理圖如圖3所示。Z（

18、H）EFT屮A1 I W|h i M.幅出廣IIIFFT二二=J r. 1 r：i ip * VWi ： r, |U'l血i1!c TECHN QUE1:IT |.耙 1對兩個(gè)輸入信號 x(n) 、y(n) 作傅氏變換得到 x(k) 、y(k), 兩頻譜相乘得互功 率譜密度函數(shù)， 由于相關(guān)函數(shù)的傅氏變換就是功率譜密度， 因此對互功率譜密度 作反變換就得到兩個(gè)時(shí)域信號的互相關(guān)函數(shù)值，這種方法大大減少了計(jì)算量。 3.3 管道泄漏檢測系統(tǒng)中相關(guān)分析方法的關(guān)鍵技術(shù)(1) 閾值的選取 4閾值的選取直接影響到系統(tǒng)的檢測精度。 閾值較大時(shí)系統(tǒng)靈敏度較低， 但可 靠性較高，即誤報(bào)警數(shù)較少；閾值較小時(shí)系統(tǒng)靈敏度較高，但誤報(bào)警數(shù)增多。實(shí) 際操作中的閾值必須通過大量實(shí)際數(shù)據(jù)的計(jì)算、 比較后選出。 這些數(shù)據(jù)包括正常 運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)、 工況變化時(shí)的數(shù)據(jù)和泄漏時(shí)的數(shù)據(jù)。 總的原則是使指標(biāo)閾值大于 正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的指標(biāo)函數(shù)值且低于絕大多數(shù)情況下泄漏試驗(yàn)中所達(dá)到的值。(2) 采樣時(shí)間 T 的選取T 是一個(gè)非常重要的參數(shù)， 直接影響到相關(guān)分析法檢測和定位的靈敏性和可 靠性。由參考文獻(xiàn) 5 可知，泄漏變換的時(shí)間約為 200 s, 考慮到緩慢泄漏時(shí)的情 況，采樣時(shí)間可取 400 s 。(3) 采樣信號的去噪處理由于工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、 輸油泵的振動(dòng)等因素， 采集到的壓力波