專利名稱：輸油管線泄漏報(bào)警及漏點(diǎn)定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管線泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)。
目前，在油田生產(chǎn)和原油輸送過程中，輸油管線因腐蝕造成泄漏，特別是不法分子在管線上開孔盜油的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，使國家遭受重大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還污染環(huán)境。
為了及時(shí)監(jiān)測(cè)管線的泄漏情況，減少經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)打擊罪犯，國內(nèi)外曾研究許多方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但效果均不理想，如①流量平衡法，這是基于物質(zhì)守恒定律，正常情況下，入口端流量應(yīng)等于出口端流量，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，出口流量就小于入口流量，該方法只適用于大流量泄漏狀況，在理論上也有泄漏定位計(jì)算公式，但在實(shí)踐中并沒有成功應(yīng)用；②壓力差法，這是基于能量守恒定律，在正常情況下，入口壓力與出口壓力之差應(yīng)為定值，如果壓力差發(fā)生了較大變化，則說明中間發(fā)生了泄漏，但該法不能進(jìn)行漏點(diǎn)定位；③應(yīng)力波法，利用流體泄漏時(shí)引發(fā)的沿管壁傳播的應(yīng)力波來判斷泄漏和定位，但由于應(yīng)力波太弱，檢測(cè)非常困難；④管內(nèi)探測(cè)法，將管內(nèi)探測(cè)球從一端放入管道，順流而下，利用超聲波技術(shù)或電磁技術(shù)等采集管壁信息，從另一端取出進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。該方法的造價(jià)高，對(duì)管道條件要求嚴(yán)，不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)檢測(cè)，因而不能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)情況并及時(shí)處理；⑤負(fù)壓波檢測(cè)方法，它利用管道突然泄漏時(shí)，在流體中會(huì)引發(fā)傳播的瞬態(tài)負(fù)壓波，通過捕捉首、末兩端的負(fù)壓波和數(shù)據(jù)處理，便可確定是否有泄漏發(fā)生。該方法是目前國際上頗受重視的管道泄漏檢測(cè)方法，但是，由于管線中信號(hào)的復(fù)雜性和各種干擾，實(shí)際很難捕捉負(fù)壓波，而且該方法是靠泄漏點(diǎn)引發(fā)的負(fù)壓波向首末兩端傳播的時(shí)間差來定位，誤差大，因此該方法也不實(shí)用。
本發(fā)明的目的是要提供一種管線實(shí)時(shí)泄漏監(jiān)測(cè)及漏點(diǎn)定位系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。利用檢測(cè)壓力和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)來確定管線是否泄漏，當(dāng)管道的某點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏處的壓力下降，經(jīng)過一定時(shí)間后，引發(fā)首末兩端的壓力也下降，同時(shí)首末兩端的流量也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，綜合考慮上述兩種因素，管道正常運(yùn)行時(shí)，有一正常的數(shù)學(xué)模型，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，壓力與流量偏離正常的數(shù)學(xué)模型，據(jù)此可以確定是否有泄漏發(fā)生，然后再根據(jù)管道的數(shù)學(xué)模型、流體力學(xué)理論和檢測(cè)到的壓力、流量數(shù)據(jù)，確定泄漏點(diǎn)的位置并報(bào)警。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在管線的首、末兩端各安裝一套微機(jī)監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊、通信模塊、報(bào)警、顯示模塊、波形回顯模塊，兩套裝置之間數(shù)據(jù)進(jìn)行無線通信。數(shù)據(jù)采集采用在首末端各安裝一個(gè)高精度的壓力傳感器和在流量計(jì)上加裝一個(gè)脈沖發(fā)信器，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA的電流信號(hào)，將流量信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)后接到流量二次表的脈沖輸入端，二次表輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)，兩路電流信號(hào)送入工控機(jī)的內(nèi)置采集板，實(shí)現(xiàn)壓力、流量信號(hào)的采集，工控機(jī)將實(shí)時(shí)采集的壓力和流量信號(hào)通過軟件的處理模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理、自適應(yīng)濾波、對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波擬合，并在線判斷管道是否發(fā)生了泄漏。同時(shí)根據(jù)定位公式自動(dòng)計(jì)算出泄漏點(diǎn)到始點(diǎn)的距離并顯示在窗口。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。


圖1是輸油管線泄漏報(bào)警及漏點(diǎn)定位系統(tǒng)組成示意圖；圖2是模式識(shí)別軟件框圖；圖3是數(shù)據(jù)處理(自適應(yīng)濾波)軟件框圖；圖4是首端監(jiān)控報(bào)警軟件框圖；圖5是末端監(jiān)控報(bào)警軟件框圖。
該系統(tǒng)利用檢測(cè)壓力和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)來確定泄漏，具體是在首端和末端各安裝一套微機(jī)監(jiān)測(cè)裝置。監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)的無線傳送。當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過無線電臺(tái)自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算出泄漏點(diǎn)的位置，這一切都通過專用軟件來實(shí)現(xiàn)。
信號(hào)采集是在首、末端各安裝一個(gè)精度為0.01％的壓力傳感器，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)；在現(xiàn)場(chǎng)使用的流量計(jì)上加裝一個(gè)脈沖發(fā)信器，將流量轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)后接到流量二次表的脈沖輸入端，二次表輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)，兩路電流信號(hào)送入工控機(jī)的內(nèi)置采集板，實(shí)現(xiàn)壓力和流量信號(hào)的采樣。工控機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)壓力和流量信號(hào)的采樣，并通過軟件的處理模塊實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理、自適應(yīng)濾波、對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、擬合，并在線判斷管道是否發(fā)生了泄漏，如果首端發(fā)現(xiàn)壓力降低、流量上升，1#工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，查詢末端是否也發(fā)生了報(bào)警，若兩端同時(shí)報(bào)警，1#工控機(jī)啟動(dòng)軟件中的聲音文件，進(jìn)行聲音報(bào)警，同時(shí)在計(jì)算機(jī)上閃爍對(duì)話框提醒。
數(shù)據(jù)通信采用MDS2710A專業(yè)數(shù)傳電臺(tái)與工控機(jī)的25針串口相連接的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。
漏點(diǎn)定位技術(shù)。由于管線發(fā)生泄漏時(shí)，產(chǎn)生的壓力波分別向管線的始末兩端傳播，直至壓力波衰減為零，其產(chǎn)生的最終影響是始端的壓力下降、流量上升，末端的壓力下降，流量也下降。根據(jù)壓力波的波動(dòng)特性用波動(dòng)方程推導(dǎo)出定位公式為X=G2L-lnp1-p1′p2-p2′G1+G2]]>其中G1、G2為與管線結(jié)構(gòu)和管長(zhǎng)有關(guān)的上、下游段壓力波傳播系數(shù)；L為管線總長(zhǎng)；p1、p2為泄漏發(fā)生前首、末端的壓力；p1′、p2′為泄漏發(fā)生后首、末端的壓力。
從上述公式可知，只要檢測(cè)到準(zhǔn)確的壓力值，就能夠提高定位精度，這一點(diǎn)可以通過安裝高精度的壓力傳感器來達(dá)到。
監(jiān)測(cè)軟件主要包括以下幾個(gè)功能模塊1．采集模塊——這是整個(gè)系統(tǒng)軟件的“底層”工作部分。它完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)使用自動(dòng)分段技術(shù)和簡(jiǎn)單的模式識(shí)別技術(shù)分析管道是否發(fā)生泄漏，并發(fā)出泄漏報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)采集軟件用VB、VC開發(fā)，主要完成首、末兩端壓力、流量的實(shí)時(shí)采樣，并以數(shù)據(jù)庫的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。
2．處理模塊——完成對(duì)采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理(預(yù)濾波)、自適應(yīng)濾波、對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、擬合后，判斷管道是否發(fā)生了泄漏，如判斷有泄漏發(fā)生，就發(fā)出報(bào)警，并進(jìn)行自動(dòng)定位。
3．通訊模塊——通過調(diào)制解調(diào)器與無線數(shù)傳電臺(tái)，將末端的數(shù)據(jù)傳到始端計(jì)算機(jī)，為保證數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確快速地進(jìn)行，數(shù)據(jù)通訊模塊具有多級(jí)的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)和數(shù)據(jù)壓縮功能。
4．報(bào)警——當(dāng)監(jiān)測(cè)軟件檢測(cè)到管線發(fā)生泄漏以后，在計(jì)算機(jī)顯示屏上發(fā)出報(bào)警對(duì)話框，同時(shí)啟動(dòng)聲音報(bào)警器報(bào)警，提示工作人員有泄漏事故發(fā)生。
5．顯示模塊——監(jiān)測(cè)軟件進(jìn)行泄漏報(bào)警的同時(shí)，通過通訊模塊完成數(shù)據(jù)的傳輸后，進(jìn)行泄漏點(diǎn)的自動(dòng)定位，并將泄漏點(diǎn)距離顯示出來，工作人員參考軟件中的管線位置圖，可以確定泄漏點(diǎn)的位置。
6．波形回顯模塊——包括“實(shí)時(shí)壓力、流量波形顯示”、“單端波形回顯”、“兩端波形回顯”等部分。即對(duì)于處理后的壓力、流量隨時(shí)間變化的曲線圖進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示或回顯。
本發(fā)明所提供的系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)管道的運(yùn)行情況，一旦發(fā)生泄漏或盜油事件，立即報(bào)警，并顯示出泄漏點(diǎn)位置。其靈敏度為總流量的1％；定位誤差小于被測(cè)管道總長(zhǎng)的1％；報(bào)警反應(yīng)時(shí)間小于150秒；檢測(cè)管線總長(zhǎng)0～50km。
權(quán)利要求
1．一種輸油管線泄漏報(bào)警及漏點(diǎn)定位系統(tǒng)，是在管線的首、末兩端各安裝一套微機(jī)監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊、通信模塊、報(bào)警、顯示模塊、波形回顯模塊，兩套裝置之間數(shù)據(jù)進(jìn)行無線通信，其特征是在首、末端各安裝一個(gè)高精度的壓力傳感器和在流量計(jì)上加裝一個(gè)脈沖發(fā)信器來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)檢測(cè)壓力和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)來監(jiān)測(cè)管道的泄漏狀況。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸油管線泄漏報(bào)警及漏點(diǎn)定位系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的壓力和流量信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別，即當(dāng)測(cè)得首端和末端的壓力均下降，首端的流量上升而末端的流量下降時(shí)，就初步確定為管線發(fā)生了泄漏；然后建立自適應(yīng)濾波模型去除白噪聲，再根據(jù)貝葉斯公式進(jìn)行定量計(jì)算，最終確定泄漏發(fā)生。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸油管線泄漏報(bào)警及漏點(diǎn)定位系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)根據(jù)測(cè)得的壓力信號(hào)自動(dòng)用漏點(diǎn)定位公式計(jì)算出漏點(diǎn)位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輸油管道實(shí)時(shí)泄漏報(bào)警及漏點(diǎn)定位系統(tǒng)。它是利用檢測(cè)壓力和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)來確定泄漏,具體是在首端和末端各安裝一套微機(jī)監(jiān)測(cè)裝置。通過安裝高精度壓力傳感器和流量脈沖發(fā)信器來檢測(cè)壓力和流量信號(hào)。監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)的無線傳送。當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí),系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào),通過無線電臺(tái)自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù),根據(jù)定位公式自動(dòng)計(jì)算出泄漏點(diǎn)的位置。其主要性能指標(biāo)有:靈敏度高,最小泄漏量為總流量的1%;定位誤差小于被測(cè)管道總長(zhǎng)的1%;檢測(cè)管線距離0～50km;報(bào)警反應(yīng)時(shí)間小于150秒。
文檔編號(hào)F17D5/00GK1322914SQ0111825
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2001年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者郝興, 何維望, 趙勇, 劉潤華 申請(qǐng)人:中國石化勝利油田有限公司勝利采油廠, 石油大學(xué)(華東)