一種基于無量綱的成品油管道泄漏量估計系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及成品油管道泄漏量檢測方法技術領域，具體涉及一種基于無量綱的成 品油管道泄漏量估計系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 目前，基于負壓波檢測法的管道泄漏檢測系統(tǒng)已經得到較為廣泛的應用，但這類 系統(tǒng)還存在一些共性的問題：成品油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)對于泄漏事故的泄漏等級無法評 估，即管道的泄漏量的定量估計在技術上一直無法實現(xiàn)。
[0003] 目前，準確估計成品油管道的泄漏量與很多方面的因素相關，其中最關鍵的就是 當前管道介質的壓力波衰減率，通過準確的壓力波衰減率可以建立對應的模型來估計泄漏 量；長輸成品油管道在水力瞬變過程中，所發(fā)生的直接水擊壓力將會沿管道傳播，由于存在 剩余流動，直接水擊壓力波的所到之處，流速會不斷變化，直接水擊壓力波前峰值存在明顯 的衰減，即所謂的壓力波衰減；壓力波在管道中傳遞存在著不同程度上的損失，壓力波的每 一次傳遞過程中都是衰減的，根據(jù)不同的介質以及距離導致壓力波衰減的程度不一；但由 于長輸管道間距較長，環(huán)境影響因素較多，各管道介質邊界條件不同，因而目前針對成品油 管道中壓力波衰減的程度及形式的相關理論還未形成，只能以針對性的管段進行數(shù)據(jù)收集 研究，因此，尋求合適的途徑計算壓力波衰減率以及建立合適的模型估計泄漏量是未來研 究的大方向。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出一種基于無量綱的成品油管道泄漏量估計系統(tǒng) 及方法，以達到準確計算管道壓力衰減率和估計泄漏量的目的。
[0005] -種基于無量綱的成品油管道泄漏量估計系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號采集器、壓力傳 感器陣列、三階有源濾波器、中央處理單元和上位機，其中，
[0006] 信號采集器：用于采集目標管段進口壓力、目標管段出口處的壓力、目標管段進口 流量、目標管段出口流量、介質溫度和介質密度，并對采集的各類信號進行歸一化處理，再 發(fā)送至三階有源濾波器；
[0007] 壓力傳感器陣列：用于測量管道運行時，整條管道的壓力變化情況，再發(fā)送至中央 處理單元中；
[0008] 三階有源濾波器：用于對信號采集器采集的數(shù)據(jù)進行噪聲濾波，再發(fā)送至中央處 理單元中；
[0009] 中央處理單元：用于對信號進行放大和模數(shù)轉換，存儲并發(fā)送至上位機中；
[0010] 上位機：
[0011] 用于查詢管網(wǎng)的歷史工況情況，判斷是否為誤報警；
[0012] 用于實時顯示目標管段進口壓力、目標管段出口處的壓力、目標管段進口流量、目 標管段出口流量、介質溫度和介質密度，并求解目標管段的介質平均溫度和介質平均密度， 根據(jù)介質平均溫度和介質平均密度獲得目標管段內負壓波波速；
[0013] 用于根據(jù)目標管段的進口壓力和出口壓力，采用小波理論確定管道泄漏發(fā)生時， 被監(jiān)測管段負壓波到達進口和出口的時間差，在根據(jù)目標管段的長度、波速和負壓波到達 進口和出口的時間差，獲得泄漏點位于目標管段的位置；
[0014] 用于根據(jù)目標管段的歷史數(shù)據(jù)采用BP神經網(wǎng)絡算法，確定目標管段中壓力波衰 減率；
[0015] 用于根據(jù)獲得的目標管段中壓力波衰減率，獲得目標管段泄漏點的壓降，進而獲 得該泄漏點的孔徑；
[0016] 用于采用無量綱化處理法獲取目標管段的泄漏量，并將泄漏量，泄漏點位置和泄 漏時間在上位機中進行顯示，提示工作人員。
[0017] 采用基于無量綱的成品油管道泄漏量估計系統(tǒng)進行的估計方法，包括以下步驟：
[0018] 步驟1、確定管網(wǎng)中每個閥門和栗的初始狀態(tài)，即開通或關閉，并根據(jù)閥門和栗的 初始狀態(tài)及壓力傳感器陣列，構建管網(wǎng)的整體拓撲結構圖并獲得管網(wǎng)的壓力變化曲線；
[0019] 步驟2、采用信號采集器采集目標管段進口壓力、目標管段出口處的壓力、目標管 段進口流量、目標管段出口流量、介質溫度和介質密度，并對采集的各類信號進行歸一化處 理，并發(fā)送至三階有源濾波器中進行濾波，再發(fā)送至中央處理單元中；
[0020] 步驟3、采用中央處理單元對信號進行放大和模數(shù)轉換，存儲并發(fā)送至上位機中；
[0021] 步驟4、采用上位機判斷目標管段進口與出口的流量差值，判斷流量差值是否達到 設定閾值，若是，則執(zhí)行步驟5 ;否則，返回執(zhí)行步驟4 ;
[0022] 步驟5、查詢目標管段的歷史工況情況，判斷該監(jiān)控站歷史工況情況中是否存在開 閥、關閥、開栗和停栗的操作，若是，則為誤報警，否則，執(zhí)行步驟6 ;
[0023] 步驟6、查詢整條管道的歷史工況情況，并確定其他監(jiān)控站的工況操作是否影響報 警監(jiān)控站的流量差值，若是，則為誤報警，否則，執(zhí)行步驟7 ;
[0024] 步驟7、采用上位機實時顯示目標管段進口壓力、目標管段出口處的壓力、目標管 段進口流量、目標管段出口流量、介質溫度和介質密度，并求解目標管段的介質平均溫度和 介質平均密度，根據(jù)介質平均溫度和介質平均密度獲得目標管段內負壓波波速；
[0025] 步驟8、上位機根據(jù)目標管段的進口壓力和出口壓力，采用小波理論確定管道泄漏 發(fā)生時，被監(jiān)測管段負壓波到達進口和出口的時間差，在根據(jù)目標管段的長度、波速和負壓 波到達進口和出口的時間差，獲得泄漏點的位于目標管段的位置；
[0026] 步驟9、根據(jù)目標管段的歷史數(shù)據(jù)采用BP神經網(wǎng)絡算法，確定目標管段中壓力波 衰減率，具體步驟如下：
[0027]步驟9-1、將目標管段的進口正常壓力值、目標管段的出口正常壓力值、目標管段 的進口出現(xiàn)泄漏事故后的壓力值、目標管段的出口出現(xiàn)泄漏事故后的壓力值、目標管段的 進口正常流量值、目標管段的出口正常流量值、目標管段的進口出現(xiàn)泄漏事故后的流量值、 目標管段的出口出現(xiàn)泄漏事故后的流量值、泄漏點距離進口的距離、管道介質的黏度、管道 介質的密度，雷諾數(shù)和管道的直徑作為BP神經網(wǎng)絡的輸入，將目標管段進口和出口的壓力 波衰減率作為輸出進行訓練；
[0028]步驟9-2、將實時采集的目標管段進口壓力、目標管段出口處的壓力、目標管段進 口流量、目標管段出口流量、介質溫度和介質密度作為訓練好后BP神經網(wǎng)絡的輸入，獲得 目標管段中壓力波衰減率；
[0029] 步驟10、根據(jù)獲得的目標管段中壓力波衰減率，獲得目標管段泄漏點的壓降和泄 漏點壓力，進而獲得該泄漏點的孔徑；
[0030] 步驟11、采用無量綱化處理法來獲取目標管段的泄漏量，具體步驟如下：
[0031] 步驟11-1、根據(jù)目標管段的歷史數(shù)據(jù)，采用非線性回歸擬合的方法，構建介質密 度、介質黏度、泄漏點壓力、介質實時溫度、瞬時泄漏量和泄漏孔徑六個物理量之間的函數(shù) 關系；
[0032] 步驟11-2、在介質密度、介質黏度、泄漏點壓力、介質實時溫度和泄漏孔徑五個物 理量中隨機選取四個物理量作為基本量，將另一個物理量和瞬時泄漏量作為循環(huán)量；
[0033] 步驟11-3、構建兩個循環(huán)量分別與四個基本量的函數(shù)關系；
[0034] 步驟11-4、將兩個循環(huán)量分別與四個基本量的函數(shù)關系代入六個物理量之間的函 數(shù)關系中，獲得成品油管道泄漏時的泄漏量模型；
[0035] 步驟11-5、將實時采集的介質密度、介質黏度、泄漏點壓力、介質實時溫度和泄漏 孔徑代入泄漏量模型中，獲得泄漏量，并確定該管道上由入口到出口方向前3個監(jiān)控站內 的出口壓降，依次計算上述出口壓降與報警站入口壓降的比值，作為泄漏量的置信度，或確 定該管道上由出口到入口方向的前3個監(jiān)控站內的入口壓降，依次計算上述入口壓降與報 警站出口壓降的比值，作為泄漏量的置信度；
[0036] 步驟11-6、判斷泄漏量置信度是否均在設定范圍內，若是，則執(zhí)行步驟11-7,否 貝1J，返回執(zhí)行步驟11-2;
[0037] 步驟11-7、獲得目標管段的泄漏量；
[0038] 步驟12、將泄漏量、泄漏點位置和泄漏時間在上位機中進行顯示，提示工作人員。
[0039] 步驟11-1所述的六個物理量之間的函數(shù)關系，具體公式如下：
[0040]
[0041] 其中，處朽7,0，幻表示六個物理量之間的函數(shù)，P表示介質密度，雜表示介 質黏度，P表示泄漏點壓力，T表示介質實時溫度，Q為成品油管道泄漏的瞬時泄漏量，d表 示泄漏孔徑，a、b、c、d、e、f、g、p、q表示返回擬合后的待定系數(shù)。<