管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)原油集輸

輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)天津市正方科技開展

管道生產(chǎn)的“千里眼〞原油輸送的“保護神〞一、系統(tǒng)綜述輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)2000年正方公司自行研制開發(fā)生產(chǎn)的輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場試驗并通過不斷改進完善，使該系統(tǒng)技術指標到達國內(nèi)領先水平。該系統(tǒng)采用負壓波結合輸量平衡的報警定位方法，對復雜工況下的報警定位技術有了很大的突破，具有靈敏度高、報警及時、定位準確、抗干擾能力強等特點。目前大港油田、遼河油田、大慶油田、天津石化、中油管道公司等幾十條輸油管道上安裝使用了該系統(tǒng)，并及時地發(fā)現(xiàn)、破獲了多起人為破壞管道打孔盜油案件，起到了管道生產(chǎn)的“千里眼〞，原油輸送的“保護神〞的作用。該系統(tǒng)于2002年3月通過了天津市科學技術成果鑒定，并得到天津市公安局平安技術防范產(chǎn)品生產(chǎn)登記批準。2003年被國家五部局列為重點新產(chǎn)品。二、設計原那么輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)平安性準確性先進性易用性系統(tǒng)完全按照中國石油大港油田公司的網(wǎng)絡平安要求，建立完善的平安策略。定時備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，關閉所有不需要的端口，安裝先進的防病毒軟件，專機專用，不安裝與報警系統(tǒng)系統(tǒng)無關軟件，及時更新操作系統(tǒng)平安補丁、病毒庫及升級程序。由于系統(tǒng)應用場合為易燃易爆場所，我們對現(xiàn)場采集系統(tǒng)采取了隔爆、防爆。最大程度地保證了平安生產(chǎn)。系統(tǒng)全部安裝在站內(nèi)保證了系統(tǒng)本身的平安。

平安性先進性系統(tǒng)采用國際先進且成熟的微軟操作系統(tǒng)WindowsXP和大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MSSQLSERVER2000，系統(tǒng)采用的硬件設備全部為工業(yè)級產(chǎn)品，技術成熟先進。系統(tǒng)采用模塊化結構，具有很好的適應能力和擴展能力。系統(tǒng)采用國際先進的計算機數(shù)據(jù)處理技術、信號處理技術、通過合理運用，保證系統(tǒng)在技術上到達國際先進水平。準確性和易用性準確性：報警用時，定位準確易用性：操作方便三、工作原理輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)1、報警原理首站壓力首站流量末站壓力末站流量首站上調(diào)排量壓力↑流量↑壓力↑流量↑首站下調(diào)排量壓力↓流量↓壓力↓流量↓泄漏壓力↓流量↑壓力↓流量↓管道發(fā)生泄漏時，首端流量上升，末端流量下降，輸差增大，同時首末站壓力下降，當輸差和壓力變化量大于“設定值〞〔報警門坎〕時，系統(tǒng)報警。管道科技輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)工作原理20022、定位原理首站壓力末站壓力t1t2負壓波輸量平衡法定位設管道長度L、壓力波傳遞速度α〔變量〕、流速V，Δt=t2-t1由以下公式即可算出管道泄漏位置X0：

當管線某點發(fā)生泄漏時，該點就會產(chǎn)生一個負壓波，這個壓力的變化通過介質按一定規(guī)律向兩端傳播，壓力波傳播過程衰減較小，可以傳播相當遠的距離，傳感器能檢測出壓力波到達測量點的時刻，利用負壓波通過上下游測量點的時間差以及負壓波在管線中的傳播速度，可以確定泄漏位置。壓力傳感器負壓波的瞬時傳播速度與介質的溫度、粘度、管道材料、管徑、彈性模量等參數(shù)有關。對由于因管線的工況參數(shù)及被輸介質的理化性質和溫度等引起壓力波的傳遞速度及衰減速度變化進行必要的補償和修正，即可實現(xiàn)準確定位。

四、關鍵技術輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)關鍵技術問題及其解決方法

微弱信號的提??；傳播速度的修正；微弱信號的提取

精確獲得泄漏引發(fā)的壓力波傳播到上下游傳感器的信號，需要準確地捕捉到泄漏壓力波信號序列的對應特征點。由于不可防止的工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、輸油泵的振動等因素，采集到的壓力波信號序列附加了大量噪聲，如何從噪聲當中準確地提取出信號的特征點是定位的關鍵。正方公司在國內(nèi)率先利用小波變換對負壓波信號進行處理，并應用于輸油管道泄漏報警定位系統(tǒng)〞。通過小波算法的應用，克服了以往算法的缺點，提高了運算速度和處理精度。小波變換原理

小波變換〔wavelettransform〕是80年代后期開展起來的應用數(shù)學分支。小波變換的含義是：把某一被稱為根本小波［也叫母小波〔motherwavelet〕］的函數(shù)ψ(t)作位移τ后，再在不同尺度a下與待分析信號x(t)作內(nèi)積：

，a＞0等效的頻域表示是：小波變換粗略解釋

cc′c″d″d′d鏡頭推進方向a平移方向τ以較高頻率作分析以較低頻率作分析x(t)從上圖可以形象地看出，小波變換好似用鏡頭觀察目標x(t)，(t)代表鏡頭所起的作用，相當于使鏡頭相對于目標平行移動，a相當于使鏡頭向目標推進或遠離。所以，小波變換被譽為分析信號的數(shù)學顯微鏡。小波變換的應用

小波變換具有多分辨率的特點，即可以由粗及精地逐級分析信號，也可以看成用根本頻率特性為〔w〕的帶通濾波器在不同尺度下對信號作濾波。小波變換是檢測低能量的短暫瞬變的有效手段。非常適合檢測突發(fā)性泄漏引起的瞬態(tài)負壓波。因為我們既需要知道瞬態(tài)負壓波的低頻概貌，又需要知道它的高頻細節(jié)。小波變換的應用

傳播速度的修正

負壓波傳播速度公式：式中a–––––管內(nèi)壓力波的傳播速度，m/s；

K–––––液體的體積彈性系數(shù)，Pa；

–––––液體的密度，kg/m3；

E–––––管材的彈性，Pa；

D–––––管道直徑，m；

e–––––管壁厚度，m；

C1–––––與管道的約束條件有關的修正系數(shù)；

如果將負壓波傳播速度寫為隨距離變化的函數(shù)形式a(x)，由泄漏點處負壓波傳播到首末端的所需時間分別為：考慮溫度變化對速度的影響

考慮溫度時的定位公式

考慮到精度和計算量的要求，這里采用復化Simpson算法進行泄漏點定位：為了確定泄漏點的位置xL，系統(tǒng)中提出了一種快速的搜索算法。搜索算法的原理是每次將xL＝ni〔ni為一固定值〕代入〔a〕計算出tni，計算yi＝〔t為實測到的時間差〕，逐次計算yi的值，其中最小的yi值所對應的點表征的位置xni，即為泄漏點。五、系統(tǒng)結構輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)1、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)3、中央數(shù)據(jù)監(jiān)視處理分析系統(tǒng)系統(tǒng)組成通訊系統(tǒng)通訊系統(tǒng)其它計算機數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)

計算機數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)壓力流量溫度壓力流量溫度信號采集系統(tǒng)信號處理單元

壓力溫度流量首站末站

信號采集系統(tǒng)信號處理單元

壓力溫度流量莊大站信號采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

網(wǎng)絡通訊

南一站

南一站南三站數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

網(wǎng)絡通訊數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

網(wǎng)絡通訊數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

網(wǎng)絡通訊

計算機數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)

二廠調(diào)度油田公司網(wǎng)

計算機數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)

經(jīng)保大隊

計算機數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)

工藝站油田公司網(wǎng)巡線隊和工藝站從調(diào)度室計算機獲得數(shù)據(jù)，當調(diào)度室計算機病毒干擾時巡線隊和工藝站也受影響，針對這種情況系統(tǒng)做了改進，巡線隊和工藝站也直接從底層的采集系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)，這樣整個系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定。見下面改造后的結構。莊大站數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

網(wǎng)絡通訊

南一站

南一站南三站數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

網(wǎng)絡通訊數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

網(wǎng)絡通訊數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

網(wǎng)絡通訊

計算機數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)

二廠調(diào)度油田公司網(wǎng)

計算機數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)

經(jīng)保大隊

計算機數(shù)據(jù)監(jiān)控處理系統(tǒng)

工藝站1、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)分別安裝在首站和末站，主要對流量、壓力、溫度信號的采集、預處理、壓縮打包后，通過通訊系統(tǒng)送到數(shù)據(jù)監(jiān)視處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)采用帶有獨立CPU的緊湊型控制器，數(shù)據(jù)采集處理單元主要由16-bit、8-channelanalogdifferentialinputmodule和16-bit、microprocessor組成。分別對壓力和流量信號進行前置放大、濾波、A/D轉換、編程等預處理。它適用于無人值守的工作環(huán)境，能夠進行獨立的數(shù)據(jù)采集和處理。

2、通訊系統(tǒng)通訊系統(tǒng)采用網(wǎng)絡通訊方式。通訊系統(tǒng)的主要功能是把首站和末站經(jīng)過“數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)〞處理以后的壓力、流量信號送到集輸調(diào)度室的“數(shù)據(jù)監(jiān)視處理系統(tǒng)〞。調(diào)度室通過網(wǎng)絡傳到其它管理科室。3、數(shù)據(jù)監(jiān)視處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)視處理系統(tǒng)安裝在調(diào)度值班室，主要是對采集數(shù)據(jù)進行存儲、分析處理、報警定位等。數(shù)據(jù)監(jiān)視處理系統(tǒng)設有工作界面、歷史數(shù)據(jù)查詢界面、地圖界面、參數(shù)設置界面、事件記錄等。主要功能是對各種數(shù)據(jù)進行分析、計算以曲線和數(shù)字兩種形式顯示壓力、流量和溫度和瞬時值，報警定位。以及歷史數(shù)據(jù)查詢、自學習、自診斷、自適應、自識別、自糾錯等功能。主窗口〔南南線〕主窗口〔莊南線〕參數(shù)設置界面六、主要技術指標輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)主要技術指標監(jiān)測長度：≤60Km定位誤差：≤士100m測漏精度：>瞬時流量×1%系統(tǒng)反響時間：≤120s系統(tǒng)的主要功能1、聲光報警；2、以地圖和文字兩種形式顯示泄漏位置查找方便；3、報警門坎可調(diào)，適應各種復雜工況；4、顯示開始泄漏時間、泄漏結束時間；5、以曲線和文字兩種形式，顯示實時壓力、流量、溫度的瞬時值；6、便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計，實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化；7、流量核實，防止了漏報和誤報，可靠性高；8、數(shù)據(jù)長期保存，有數(shù)據(jù)庫檢索功能，以備查詢；9、設有記事本，記錄發(fā)生事件的時間、性質并長期保存；10、功能開關齊全，操作方便；11、系統(tǒng)監(jiān)測精度高，速度快；12、具有自動定位手動核實功能七、泄漏圖片輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)系統(tǒng)的操作主要有兩局部；一是系統(tǒng)操作；二是泄漏圖形識別，下面是幾個典型的泄漏圖形。八、公司簡介輸油管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)公司簡介天津市正方科技開展是一個面向石油石化，以高新技術產(chǎn)品和技術效勞為主的民營企業(yè)。注冊資金1506萬元?，F(xiàn)有員工近100人。2002年，公司質量管理體系通過了長城質保中心ISO19001：2000質量管理體系認證，被天津市科委認定為高新技術企業(yè)。

成員組成123平均年齡29.6本科以上87.9%研發(fā)人員70研發(fā)所占比例77%管理人員8%研發(fā)管理12%研發(fā)人員65%項目經(jīng)理5%市場人員10%資質組織結構123研發(fā)部質量管理部工程地質部董事會總經(jīng)理技術中心營銷中心運營中心市場銷售部技術方案部財務部人力行政部經(jīng)營管理部北京研發(fā)中心西安研發(fā)中心