油气管道泄漏在线监测系统解决方案.docx

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1、油气管道泄漏在线监测系统解决方案一、概述1.1 国内油气管道现状中国油气管道建设取得长足发展。新中国成立之初，中国的油气管道几乎是一片空白。2004年，我国油气管道总长度不到3万公里，但截至2015年4月，油气管道总长度已达到近14万公里。的主动脉。10年来，我国油气管网建设步伐加快，覆盖全国的油气管网初步形成，东北四大油气通道战略布局、西北、西南和近海已基本完成。事故频发、伤亡人数上升也成为伴随我国油气管道行业快速发展的阴影。2000年，中原油田输气管道发生恶性爆炸事故，造成15人死亡、56人受伤；2002年，某市某天然气管道腐蚀穿孔，导致天然气泄漏爆炸，造成6死5伤；2004年，四川四川省

2、泸州市发生天然气管道爆炸，5死35伤；2006年，四川省仁寿县福家输气站进站管道发生爆炸，造成10人死亡、3人重伤、47人轻伤。2013年11月22日，青岛市黄岛区，中石化油运储运公司潍坊分公司输油管道破裂后发生爆炸，造成62人死亡。管道事故频发，特别是一些重大油气泄漏、火灾爆炸等恶性事故，对人身安全和自然环境造成了极大危害。1.2 州和政府要求自2013年底油气管道安全隐患专项排查整治以来，各地区、各有关部门、各单位通力合作，共同努力，取得了积极进展。共发现油气管道存在压力占用、安全距离不足、安全性不理想等问题。穿越、穿越等安全隐患近3万处。2014年9月，国务院安全委员会印发关于深入开展油

3、气管道安全隐患整治工作的通知，要求完善法律法规、标准、安全生产监管制度和应急处置制度，做好保障工作。以及油气管道的安全运行。1.3 系统建设目标管道完整性和安全运行的重要性和必要性尤为突出。为保障管道安全运行，消除事故隐患，保护环境，建立可靠的油气管道泄漏监测系统迫在眉睫。采用声波法、负压波法和质量平衡法相结合的管道泄漏监测系统，对压力管道的泄漏进行监测，是目前最先进、最可靠的泄漏监测技术。iSafe管道泄漏监测系统采用声波法、负压波法和质量平衡法相结合的管道泄漏监测技术，能够准确、快速地发现泄漏点，确定油气管道的泄漏位置。二、技术解决方案2.1 现有管道管理及技术手段分析国外从1970年代就

4、开始研究管道泄漏检测技术。国内管道泄漏技术研究起步较晚，但发展迅速。目前，我国现有的泄漏检测方法已从最早的沿管段人工检测，发展到较为复杂的计算机软硬件相结合的方法；从陆地管道检测技术到海底检测。其中，根据测量分析介质的不同，可分为直接检测法和间接检测法。直接检测法是指用测量装置直接测量管道周围的介质，以确定是否有泄漏。主要有直接观察法、气体法和猪法。间接检测法是根据管道流量、压力等参数的泄漏和声、光、电等方面的变化进行泄漏检测。主要有水压和气压检测法、质量和体积平衡法、压力点分析法、负压波检测法、声波法等。随着世界各国管道建设的快速发展，管道泄漏监测技术也已经发展了几十年。从油气管道泄漏监测的

5、历史来看，国外早期监测技术大多采用压力点分析法、负压波检测法、光学检测法、声发射技术法、动态模拟法、统计检测法等方法。.目前的泄漏监测和定位方法是多学科、多技术的融合，特别是随着传感器技术、模式识别技术、通信技术、信号处理技术、模糊逻辑、神经网络、专家系统等人工智能的发展检测和定位方法通过建立数学模型或通过信号处理或通过神经网络模式分类，或用模糊理论对检测区域或信号进行模糊划分，从而提取故障特征等基于知识的方法进行检测和定位。研究方向是将管道数学模型与一定的信号处理方法相结合，将管外检测技术与管内检测技术相结合，将智能方法引入监控定位技术，实现智能检测、机器人根据管道泄漏监测检测技术的特点，油

6、气管道泄漏监测技术的应用主要基于负压波法、声波法和质量平衡法。多种泄漏检测方法并用，相辅相成，形成可靠性和经济性得到全面优化的泄漏检测系统，使管道泄漏得到很好的控制。2.2 iSafe管道泄漏监测系统技术原理管道泄漏是一个瞬态过程，泄漏的瞬间会产生各种频率的声波。频率小于IOHZ的声波信号具有频率低、波长长、穿透力强、传输衰减小等特点，适用于管道泄漏监测。低频声波在海洋中行进数千公里后可以有效探测到。管道泄漏产生的声波信号在系统中如图1.1所TPo图1.1管道泄漏产生的声波信号声波法、负压波法和质量平衡法相结合的管道泄漏监测系统具有灵敏度高、误报率低、定位精度高等优点。它的工作原理是：当管道发

7、生泄漏事故时，泄漏点产生的声波/压力波在管道上下传播，安装在管段上下游的声波传感器阵列/压力传感器用于检测声波/压力波的到达时间差和声波在管道中的传播速度，可以确定泄漏的位置。具体实现包括将传感器接收到的管道中的声波信号通过电缆传输到ACU（AcousticControlIerUnit,声学监测终端）或将压力信号传输到RTU,ACU/RTU将将模拟声波信号转化为数字信号，通过时间同步、噪声抑制、干扰消除和模拟识别等，判断是否存在泄漏，并确定接收到泄漏声波信号的时刻。ACU/RTU将泄漏监测状态信息通过网络传输到泄漏监测服务器，泄漏监测服务器根据声波/压力波的传播速度、管段信息和管段两端传感器接

8、收泄漏声波的时间差。2.3 管道泄漏监测系统国内外产品对比分析目前，管道安全泄漏检测的主要竞争对手包括美国休斯顿声学系统公司ASI等国外公司。基于次声法的WaVeAIert系统利用安装在管道两端的次声传感器，对流出管道的高速流体在泄漏瞬间发出的次声信号进行实时检测。监测以定位泄漏的位置。英国壳牌公司开发的ATMOSPine管道泄漏检测系统是基于统计分析原理，利用SCADA系统提供的流量、压力、温度等数据，通过流量或压力变化、质量或体积平衡、动态模型和压力点分析，使用优化序列分析来检测泄漏。由澳大利亚FutureFiberTechnologies(FFT)研发的光纤管道安全防御系统(FFTSec

9、urePipeTM),利用铺设在油气管道同一沟渠中的通信光纤，实时采集10米范围内的行为信息对管道构成威胁的管道周围。产生各种振动和位移，监测管道的运行状态。但国外产品价格昂贵，本地化技术支持和维修服务存在很大问题。目前，国内油田大部分长输输油管道未配备泄漏自动检测系统，主要依靠人工沿线巡查，人工读取管道运行数据。这种情况对管道的安全运行是非常不利的。我国长输输油管道泄漏监测技术研究自1990年代就有报道，但直到近几年才真正取得突破，并在生产中发挥作用。清华大学自动化系、天津大学精密仪器学院、北京大学、西南石油大学、中国计量科学研究院等都做过这方面的研究。国内公司包括华北油田新贝达公司、北京豪

10、科航公司、东营乌色土泄漏检测技术有限公司等。但国内科研机构和国内公司的泄漏检测产品基本采用基于压力的管道泄漏监测系统波（负压波）法或流量检测法。负压波系统检测灵敏度低，不能用于燃气管道的泄漏检测。流式法系统只能初步判断是否有泄漏，无法定位。此外，国内一些企业利用光纤的振动和温度变化对管道进行预警。例如，中国石油管道通信电力工程公司自主研发的“光纤管道安全预警系统”，可应用于已铺设光纤的新建管道。对于管道，需要重新铺设光纤，费用昂贵。2.4 iSafe管道泄漏监测系统的优势和特点iSafe管道泄漏监测系统综合了声波法、负压波法、质量平衡法等多种管道泄漏监测技术的优点，进一步提高了油气管道泄漏检测

11、速度和定位准确率。管道泄漏。iSafe管道泄漏监测综合方案利用质量平衡法的优势综合计算判断泄漏量，利用负压波和声波法弥补响应时间慢、定位不准确的缺点质量平衡法，提高整个系统的灵敏度、准确性和可靠性。坚固性和鲁棒性。同时，通过负压波和声波法综合判断各种检测参数，使负压波法弥补了声波法难以检测极慢泄漏的缺点；同时，声波法弥补了负压波法的不足。以及容易与其他非泄漏因素引起的压降相混淆的缺陷。最终实现的泄漏监测报警系统具有响应时间短、灵敏度高（0.5%流量）、误报率低、定位准确、避免漏报、漏报等特点。iSafe管道泄漏监测系统的推广应用将大大提高管道泄漏监测的性能和质量，为管道的安全运行提供有力保障。

12、根据国内外实践结果，声波法结合负压波法可以监测气体管道、液体管道和多相流管道的泄漏，可用于监测地面管道、埋地管道、海底管道和各种复杂的管道网络。系统。iSafe管道泄漏监测系统具有以下优点：泄漏孔径极小，最小可测泄漏孔径为6-20rm,具体管道参数受相应背景噪声、工作压力等影响；最小可测泄漏率为0.51.5%;定位精度高，定位误差小于100m;极低的误报率，正常情况下，系统误报率每年低于30次；有效作用距离远，系统监控距离可达3050公里，最长可延长至100公里；泄漏报警数据可在泄漏检测主机上保存至少6个月；系统可自检自身工作状态，可实时显示传感器、GPS等工作状态；设备稳定可靠，已在国内多条

13、管道成功应用，具有本地化技术支持和维护。2.5总体技术框架声波以管道内的介质为载体，以声速向两端传播。由于声波信号频率低，传输衰减小，可实现远距离传输。声波管道泄漏监测仪安装在管道的上下游段，捕捉泄漏声波信号，根据泄漏声波到达声波管道泄漏监测仪的时间差，计算出泄漏点的具体位置。管道的起点和终点（此时间差由GPS计时）。.iSafe管道泄漏监测系统的工作原理如下：从泄漏点高速流出，会产生高强度的声波。声波沿管道中的介质传播到两端。ACU通过安装在管段两端的传感器接收声波信号，识别声波信号。编号，判断管道是否泄漏，并将处理结果通过网络传输到服务器.泄漏监控服务器进行实时处理。如果管道泄漏，泄漏监控

14、服务器将ACU在管段两端接收声波信号，计算泄漏位置。负压波法的泄漏监测定位计算方法与声波法基本相同。通过计算泄漏信号传输到安装在管段两端的传感器（负压波的压力变送器，声波的声波传感器）的时间差，结合信号在流体中的传输速度内容要计算的泄漏位置。定位示意图如图2所示。图2负压波法定位示意图1.+心A=定位公式：2其中：X泄漏点到头端测量点的距离（m）;大号管道全长（m）;a声波在管道介质中的传播速度（m/s）;t接收上游和下游传感器信号之间的时间差（三）o2.6系统功能框架iSafe管道泄漏监测系统框图如下所示。系统的主要设备是ACU和泄漏监测服务器。iSafe管道泄漏监测系统的运行需要客户提供计

15、算机通讯网络支持。图2.1iSafe管道泄漏监测系统示意图2.6.1 ACU终端（声学监控终端）iSafe管道泄漏监测系统ACU终端的主要功能如下： 数据采集：iSafeACU采集声波传感器数据； GPS定时：将声波数据与GPS时间同步； 数据传输：将声波数据传输到iSafe服务器； 工作状态监控：自检声波传感器、GPS,网络状态； 数据存储和显示：存储和显示声波数据。iSafe管道泄漏监测系统ACU终端的主要功能是采集声波信号并将其传输到泄漏监测服务器。它放置在车站或阀门室和控制室中。它可以采集在管道中的流体中传播的声波信号。经过信号调理、GPS同步，然后将其转换为数字信号，并通过先进的信号

16、处理算法判断声学信号是否为泄漏信号。ACU终端还具有自检功能，可实时显示传感号处理器等部件。图2.2iSafe声学监测终端ACU湿声波传感器：iSafe管道泄漏监测系统的主传感器使用专用的湿式声波传感器。湿式声波传感器灵敏度高，可以将管道中的声波信号转换成电流信号传输给前端处理模块。湿式声波传感器的监测范围通常为30至50公里。湿式传感器采用4-2OnlA标准电流信号进行传输，工作温度为-4085摄氏度。为保证信号不受干扰，电缆通常采用2*1.5铠装双绞屏蔽信号电缆。通常，信号电缆的长度小于300米。湿式传感器和压力传感器的典型安装如下图所示：半产廿静表贴式管壁 Aux单向闹图2.3湿式声波传感器和压力传感器的