基于负压波和流量平衡的管道泄漏监测系统研究

1 绪论1.1 管道泄漏检测的背景意义在当今能源缺失的大环境下，节约现有能源和开发科再生能源是国际各种能源组织的重大课题。

近年来，已有很多西方大国为了能源而不惜大打出手，向很多拥有大能源的小国发起能源侵略战争，相反的有些东方大国却是和和这些用于大量能源的小国建立能源合作关系，从而满足自身的能源需求。

在这样的大环境下，最节约能源的方式就是减少能源流失和泄漏。

石油行业中，使用管道运输流体是一种经济、方便的运输方式，和其他运输方式相比，它具有高效、安全、经济、便于控制和管理等多项优点，因此在石油、天然气及其他流体运输中占重要地位。

据不完全统计，我国目前已建成的各类输送管线长度已达到60000余千米。

但是由于管道设备老化，地理条件的变化(如滑坡、地震等)以及人为原因，管道泄漏事故经常发生[1]。

管道一旦泄漏，不仅会带来因流体流失而造成的直接经济损失和对环境的污染，严重情况下，还可能发生爆炸和引起火灾，甚至造成人员伤亡。

例如1993年委内瑞拉的一条天然气管道发生泄漏引起火灾，烧死51人[2]。

管道输送石油产品的泄漏不仅造成宝贵自然资源的浪费、环境污染和影响油田的正常生产，危害工农业生产和人民生活，更重要的是，由于石油产品是易燃、易爆物品，甚至可能具有较强的腐蚀性，泄漏的石油产品还将直接威胁输油管道、设施的安全运行和人民生命财产，进而造成更大的间接损失和恶性事故。

所以，及时、准确地发现管道输送石油产品的泄漏、泄漏位置和泄漏量具有重大意义。

我国输油管道自动化水平的提高为管道泄漏检测技术的应用创造了条件，但目前所采集的数据仅服务于一些简单的应用，未能充分发挥自动控制系统的作用，因此，发展管道泄漏检测技术已成当务之急，对石油产品管道的调度、管理和维护以及充分发挥自动控制系统的作用具有重大和深远的影响。

1.2 管道泄漏检测和定位技术的研究现状1.2.1 国内外研究现状国外输油管道管理先进的国家，如美国、英国、法国等，自20世纪70年代以来，就在许多油气管道中安装了泄漏检测系统，效果显著。

油气集输管线负压波泄漏检测方法的研究?摘要：由于传统的基于负压波泄漏检测方法使用的是单压力传感器技术，该技术容易受工况调整的影响，误报率较高。

本文通过对负压波法在油气集输管线泄漏判断和定位的研究，设计了双压力传感器，该方法能够有效的判断压力波的传播方向和来源，从而排除了工况调整的影响，降低了系统误报率。

关键词：油气集输管线负压波法泄漏检测一、引言油气集输管道的安全运行越来越受到人们关注，由于管道腐蚀老化和人为打孔盗油等原因，时常导致原油泄漏事故的发生，不但严重干扰了油田的正常生产，也给国家造成了巨大的经济损失[1]。

当管道发生泄漏时，能够及时发现泄漏并准确定位到泄漏点，具有十分重要的工程意义，因此，对管道泄漏检测技术的研究就显得尤为重要[2]负压波法以其定位准确、算法灵活、对硬件要求不高等优点而成为目前国内外研究和应用较多的管道实时泄漏检测和定位方法。

本章介绍了负压波基本原理，并指出传统的基于负压波单压力传感器存在的问题，针对这些问题设计了双压力传感器方法。

二、负压波泄漏检测及定位的方法1负压波泄漏检测的基本原理当输油管道发生泄漏时，管道中的原油便会在泄漏点处流失，这样引起泄漏点处原油密度减小，从而导致压力突然降低。

这个瞬时的压力下降作用在流体介质上，就作为减压波源通过管线和流体介质向泄漏点的上、下游以声速传播，就像水泼纹一样传播。

当以泄漏前的压力作为参考标准时，泄漏时产生的减压波就称为负压波。

负压波在不同介质和管道中传播的速度不同，在原油中传播的速度约为1100m/s。

在管道两端分别安装压力传感器，通过计算机数据采集系统实时采集两端的压力信号。

当管道发生泄漏时，两端的压力传感器便会接收到压力信号，并通过GPS系统记录接收到信号的时间，这样通过计算出时间差，便可以确定泄漏点的位置。

负压波法具有很快的反应速度和很高的定位精度，能够及时检测出泄漏，防止泄漏事故扩大，成为国际上应用较多的泄漏检测方法之一。

基于负压波法和输差检漏法相耦合的管道泄漏检测技术摘要：开展油气管道在线泄漏技术研究与应用非常必要，对提高油气管道安全生产运行质量，降低安全风险，维护油气管道安全正常运行具有十分重要的作用。

本文主要论述了基于负压波法和输差检漏法相耦合的原油管道泄漏检测技术及应用效果，实现了原油外输管道运行的实时自动监测，提高了管道的安全生产预警能力。

关键词：负压波法；输差检漏法；耦合；管道泄漏；检测系统油气管道输送具有占地少、损耗少、成本低、输量大、快捷方便等优点，但也存在着因外部干扰、腐蚀、管材和施工质量等原因发生失效事故，导致管道泄漏污染环境、爆炸等事故。

据统计，造成我国油气管道事故的主要原因是人为因素导致的意外事故和恶意的打孔盗油(气)，高达40%，随后依次是管道腐蚀、管材质量、施工质量和突发性自然灾害。

因此，开展油气管道在线泄漏技术研究与应用非常必要，对提高油气管道安全生产运行质量，降低安全风险，维护油气管道安全正常运行具有十分重要的作用。

1检测系统构成该系统主要由压力、温度和流量等现场信号采集、信号前置电路、信号转换电路、全球定位校时系统（GPS）、高速无线网络通讯系统和计算机检测数据处理系统等部分组成。

图1为系统信号流程框图。

现场信号采集。

现场温度、压力信号通过高准确度温度、压力传感器，以4～20mA标准模拟信号传送到信号数据采集卡电路，流量脉冲信号通过磁电式脉冲信号发讯器传送到信号数据采集卡电路。

信号前置电路。

它是将现场采集的信号数据进行放大、滤波、降噪等处理，然后将采集信号送入计算机中的采集卡。

信号转换电路。

信号转换功能由采集卡完成，采集卡采用12位AD转换器，转换时间10μs，采集速率高达50次/秒以上。

为提高采集信号抗干扰能力，采集卡采用光电隔离技术，使被测信号与计算机之间完全电隔离，并且具有较高的输入阻抗和共模抑制比，同时配置了DC/DC隔离电源模块，具有很强的抗干扰能力，能够充分还原现场信号。

第５５卷　第３期２０１９年６月石　油　化　工　自　动　化ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＩＮＰＥＴＲＯ ＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹＶｏｌ．５５，Ｎｏ．３Ｊｕｎ，２０１９稿件收到日期：２０１８１２１９，修改稿收到日期：２０１９０３０６。

作者简介：金梅（１９８９—），女，２０１０年毕业于中国石油大学（北京）自动化专业，获学士学位，现就职于中石化管道储运有限公司华东管道设计研究院有限公司，从事自动化设计工作，任工程师。

基于负压波泄漏检测的系统配置方式研究金梅（中石化管道储运有限公司华东管道设计研究院有限公司，江苏徐州２２１００８）摘要：油品泄漏不仅严重污染环境而且可能导致输油管线发生爆炸，泄漏检测系统可以及时发现并定位泄漏点，从而提高了企业的自动化管理水平。

介绍了负压波泄漏检测的工作原理，对比分析了基于数据采集与监控系统（ＳＣＡＤＡ）的泄漏检测系统配置方式以及在各输油站场设置独立工作站的负压波泄漏检测系统配置方式。

通过实际运行情况得出以下结论：在各输油站场设置独立工作站构成的负压波泄漏检测系统能更快速、更准确地定位出输油管线的泄漏点，实用性强，效果显著。

关键词：输油管线　泄漏检测系统　负压波　数据采集与监控系统　独立子站　配置方式中图分类号：ＴＥ９７８ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７７３２４（２０１９）０３００８７０４犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀犆狅狀犳犻犵狌狉犪狋犻狅狀狅犳犔犲犪犽犪犵犲犇犲狋犲犮狋犻狅狀犛狔狊狋犲犿犅犪狊犲犱狅狀犖犲犵犪狋犻狏犲犘狉犲狊狊狌狉犲犠犪狏犲ＪｉｎＭｅｉ（ＥａｓｔＣｈｉｎａＰｉｐｅｌｉｎｅＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｉｎｏｐｅｃＰｉｐｅｌｉｎｅＳｔｏｒａｇｅ＆ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｘｕｚｈｏｕ，２２１００８，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋狊：Ｏｉｌｌｅａｋａｇｅｎｏｔｏｎｌｙｓｅｒｉｏｕｓｌｙｐｏｌｌｕｔｅｓｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｂｕｔａｌｓｏｍａｙｌｅａｄｔｏｏｉｌｐｉｐｅｌｉｎｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎ．Ｔｈｅｌｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃａｎｄｅｔｅｃｔａｎｄｌｏｃａｔｅｔｈｅｌｅａｋａｇｅｐｏｉｎｔｉｎｔｉｍｅ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ．Ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｌｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ（ＳＣＡＤＡ）ａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｗｉｔｈｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｓｉｎｅａｃｈｏｉｌｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｉｓｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓａｒｅｄｒａｗｎｆｒｏｍｔｈｅａｃｔｕａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎ：ｔｈｅｌｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｓｉｎｅａｃｈｏｉｌｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｃａｎｌｏｃａｔｅｔｈｅｌｅａｋａｇｅｐｏｉｎｔｏｆｏｉｌｐｉｐｅｌｉｎｅｍｏｒｅｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｈａｓｓｔｒｏｎｇｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｍａｒｋａｂｌｅｅｆｆｅｃｔ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｏｉｌｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｌｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅ；ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｓ；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ 管线输送时出现的漏油事故主要是管线泄漏引起的，为了保证油品输送的安全，需要用科学的技术方法检测并定位泄漏点［１］。

浅析基于负压波法的长输油管泄漏监测摘要:本文针对我国原油具有“三高”的特性、在长距离输送时需要加热的特点,研究了影响负压波传播速度的因素,并在此基础上提出了比较准确的先粗分后细分的搜索算法来实现泄漏点的精确定位。

关键词:长输油管道泄漏负压波法定位管道运输在输送气体、流体、浆体等方面具有独特的优势,己成为继铁路、公路、水路、航空运输之后的第五大运输工具。

由于不可避免的老化、腐蚀及打孔盗油等原因,管道泄漏时有发生,严重干扰了正常生产,造成了巨大的经济损失和环境污染。

所以,加强管道泄漏监测与定位技术的研究与应用,对于发现管道泄漏,打击盗油行为,保护环境,减少企业经济损失,提高企业的自动化管理水平具有非常重要的现实意义。

1 负压波检侧原理及定位公式负压力波法是一种声学方法,所谓负压力波实际是在管输介质中传播的声波。

当管道上某处突然发生泄漏时,由于管道内外的压差,泄漏点的流体迅速流失,在泄漏处产生瞬态压力突降。

泄漏点两边的液体由于压差而向泄漏点处补充。

这个瞬变的压力下降作为振动源以声速通过管道中的原油向上下游传播,相当于泄漏点处产生了以一定速度传播的波。

在水力学上称为负压波。

负压波的传播速度在不同的输送介质中有所不同,在液体油中大约为1000～1200m/s。

由于管道的波导作用,经过若干时间后,包含有泄漏信息的负压波分别传播到数十公里以外的上下游,由设置在管道两端的传感器拾取压力波信号。

再经过检测系统的分析处理,根据泄漏产生的负压波传播到上下游的时间差和管内压力波的传播速度就可以估算出泄漏位置。

在输油管道泄漏监测系统中,管道的首末两端装有两个压力传感器,分别接收管道首末端传过来的压力值。

定位原理如图1所示,设管道长为L,假设A、B为装有传感器的管道首、末端,泄漏点为C,C点是管道上任意一点。

设负压波传播速度为v,管道内流体流速为v0,一般情况下v比v0大3个数量级以上,这样可以认为负压波从首端传到末端的时间同末端传到首端的时间相等。

基于负压波的液体管道最小可检测泄漏流量泄漏检测系统分析葛传福，王桂增，易浩清华大学自动化系，北京，中国摘要泄漏检测和定位系统的性能指标是最小可检测泄漏流量(SDLFR)。

基于管道的物理模型，推导出负压波（NPW ）的振幅变化的数学描述和其沿管道的衰减历程在数学描述的基础上，提出了评估SDLFR 和确定管道检测敏感点的方法。

进一步的研究表明，很多因素，比如泄漏位置、进口和出口的压力、流量、密度、管道负压波速、仪器的精度和噪声都会影响SDLFR 。

研究结果对于利用NPW 方法评价系统性能具有重要意义。

关键词：管道；负压波；最小可检测泄漏流量1. 引言管道安全化学和石油化学工业都是很重要的。

考虑到安全和环境因素，管道监视在管道管理中变得越来越重要，许多检测和定位系统被开发和利用( Zhang, Wang, Liu, & Chang, 2001 )。

在这些系统中最通用的方法都是基于负压波(NPW)法，因为其成本相对较低、容易实现、具有可接受的检测灵敏度和定位精度。

如今，越来越多的注意力被吸引到改善这套系统的性能，并且，提出了新的有关性能的指标的需求，比如最小可检测泄漏流量(SDLFR)，误报率和漏报率。

在本文中基于管道的物理模型推导出振幅变化及其负压波沿管道移动衰减的数学描述和SDLFR 及敏感管道的计算方法。

已经进一步进行了影响SDLFR 因素的研究，并对仿真结果提出了说明。

2.管道的数学模型管道的物理模型包括两个方程,即动量方程和连续性方程 (Wylie, Streeter,& Suo, 1993; Yan,1986):02sin x=++++DV fV g V VV P t x αρ（1）02x =++x t V a P VP ρ （2） x 和t 为下标表示偏微分法,例如x V 表示x V 的偏微分法。

让P 表示压力,ρ表示流体的密度,V 表示流体的速度,g 表示重力加速度,α表示管道倾斜的角度,f 代表摩擦系数,在稳定状态是由Darcy –Weisbach 公式确定的,D 表示管道的直径，α表示NPW 的速度，x 表示到入口的距离，t 是时间的标志。

基于负压波与超低频电磁波的管道泄漏检测定位方法研究管道在石油和天然气的运输中扮演着重要角色,保障油气的安全运输是必不可少的措施。

然而实际中由于自然灾害和人为破坏的原因,导致管道时有泄漏发生,造成严重的环境污染和经济损失,因此针对管道泄漏检测与泄漏点定位方法研究具有十分重要的现实意义。

本文研究了基于负压波和超低频电磁波实现管道实时泄漏检测和精确定位的方法,利用负压波检测实时检测管道运行状况,如发生管道泄漏则及时报警以及粗略给出泄漏位置,然后采用超低频电磁波实现管道泄漏精确定位。

这种方法可以解决原始信号球检测费时费工、定位困难的问题。

本文主要做了以下几个方面的研究工作。

首先分析了减压波在管道内部形成的原因,建立了减压波在管道内部的传播模型,分析了影响原油传播波速的几个因素。

接着根据超低频电磁波的传播特性确定了管道示踪定位方法。

之后建立了超低频电磁波的磁场分布模型,根据超低频电磁波在空间中的分布特点,确定跟踪定位方案,进行了仿真分析。

之后介绍了磁场测量的常用方法并进行横向比,选择电磁感应法作为磁场检测手段。

在完成理论分析后给出了管道泄漏检测定位系统方案,分析了小波变换在压力信号降噪和信号奇异点提取的原理和优点。

接着分别对基于负压波泄漏检测系统和超低频电磁波检测系统进行了硬件和软件设计。

对于负压波检测系统,设计了基于STM32F]03ZET6的硬件和软件系统,结合信号调理电路、数据传输电路实现压力数据的采样。

与此同时记录压力数据和时间信息,利用小波变换提取信号的奇异点,提高检测精度和减少误报率。

同时基于Qt开发框架设计了上位机软件,实现数据存储、泄漏分析、泄漏定位以及泄漏报警等功能设计。

对于超低频电磁波检测系统,设计了基于嵌入式处理器Exynos4412的硬件系统,结合信号调理电路,实现对超低频交变磁场的场强测量。

同时基于Exynos4412,完成Linux系统移植和嵌入式软件开发,实现电磁场信号采集任务,完成了基于超低频电磁的内检测器定位功能。

矿井供水管道泄漏检测方法的研究与应用随着矿井生产规模的扩展和新采区的开发，井下管网也会变得更为庞大和复杂，通过负压波诊断法及流量平衡判漏法，可以对管道泄漏点快速定位，提高矿井工作效率和管理水平。

标签：管道泄漏负压波诊断流量平衡井下供水系统是煤矿安全生产不可缺少的重要组成部分，由于井下自然条件恶劣，管道长期受淋水侵蚀、巷道变形、矿井采动压等影响，易出现跑冒滴漏或突然断裂，影响矿井正常生产。

如何快速的诊断出管道泄漏位置是确保矿井安全生产的关键。

管道泄漏检测方法可以采用负压波联合流量平衡法及流量平衡判漏法。

1 管道泄漏负压波诊断法井下水管管道在正常运行状态下，内部压力较高。

当管道因人为损坏、外部挤压、管道腐蚀等因素导致发生泄漏时，由于管道内外压力差较大，使其管内输送的液体在内外压差的作用下快速流失。

由于管内物质不间断地从泄漏点流出，管内液体密度逐渐变小，管道泄漏点的内部压力不断加大。

泄漏点处压力突然下降，但因液体的连续性，管道中的液体流速不会立即发生变化，使得泄漏点和相邻区域之间存在压力差。

这种压力差会使得泄漏点上下游的高压液体流向泄漏点，从而使得泄漏点相邻区域的密度和压力降低。

这种现象从泄漏点处沿管道向相邻区域扩散，相当于泄漏点处产生了以一定波速传播的负压力波。

负压波沿着管道能够传播数十千米，传播距离比较长，可以把压力传感器安装在管道泄漏点的上下游两端，以此来采集负压波信号。

因为负压波本身含有大量的有关泄漏点的信息，所以可以根据采集到的数据检测出泄漏。

通过两传感器测量到的时间，计算时间差，又根据负压波沿管道传播的大概速度，就能够大概地定位出泄漏点。

图1 负压波泄漏定位图1中上下游两传感器之间的距离为L，泄漏点与上游传感器之间的距离为X，液体的流速为V，负压波的传播速度为a，上游传感器检测到负压波的时刻为t1时刻，下游传感器检测到负压波的时间为t2时刻。

令Δt=t1-t2，则Δt=-（1）等价于X=[L（a-V）+Δt（a2-V2）]，式中的负压波的传播速度远大于液体的流速，因此液体的流速V忽略不计。

Value Engineering• 141•基于负压波法的管道泄漏检测系统及实验研究Pipeline Leakage Detection System Based on Negative Pressure Wave Method and Its Experimental Study雷云L E I Y u n;于鹏飞YU Peng-fei;刘晓LIU Xiao(山西省国新能源发展集团有限公司，太原030000)(Shanxi Guoxin Energ^^Development Group Co.,Ltd.,Taiyuan030000, China)摘要：管道运输广泛应用于石油、天然气输送和城市供水供热系统，但是由于管道腐蚀、老化、磨损及人为破坏等原因，管道泄漏 事故频繁发生，给国家和企业带来了巨大的社会和经济损失。

本文基于负压波法泄漏监测原理，建立了一套管道泄漏检测系统，通过 压力传感器实时监测管道压力的变化情况，采用LabVIEW小波变换方法对原始信号进行滤波降噪，及时准确地进行泄漏点定位。

最后，采用实验验证了该管道泄漏检测系统的可靠性，相对误差处于10%至30%之间。

Abstract:Pipeline transport is widely used in petroleum,natural gas transportation and urban water supply system,but because of the pipeline corrosion,aging,abrasion and man-made destruction,the pipeline leakage accident occurred frequently,and great social and economic losses were happened to the state and enterprises.In this paper,based on the principle of negative pressure wave leak detection method,a set of pipeline leak monitoring system was established,which is through the change of the pressure sensor to real-time monitor the pipeline pressure,and filtering noise reduction of the original signal by LabVIEW wavelet analysis method.Finally,the experiment verified the reliability of the pipeline leak monitoring system,and the relative error is between 10% and30%.关键词：管道泄漏；负压波；小波分析；泄漏定位;LabVIEWKey words:pipeline leakage；negative pressure wave；wavelet analysis；leak location；LabVIEW中图分类号:TE832 文献标识码:A0引言近几十年来，中国的管道建设取得了快速发展，截至 2012年底，我国油气管道的累计长度达到9.3万公里。

17气田污水管线因人为破坏、自然灾害等原因使管道泄漏频繁发生，造成不必要的经济损失甚至生态破坏，因此及时发现泄漏，确定泄漏量和准确定位是气矿亟待解决的问题[1]。

为确保管线安全平稳运行，近几年提出了基于数学模型、基于压力信号、红外线等泄漏检测法，因管道数学模型复杂，红外线检测成本高等原因应用较少，而负压波检测简单技术成熟，被广泛应用于长输管线、自来水管网等领域。

因气田污水管线两端已设流量表和压力表，满足负压波泄漏检测对仪表方面的要求，而气田污水管线无中间泵，不存在泵启停等复杂工况，因此本文采用负压波法技术检测气田污水管线泄漏。

1 负压波泄漏检测方法当管道发生泄漏时，在管内外压差作用下，泄漏点处流体物质迅速流失，造成压力降低。

而泄漏点邻近区域流体流动方向并不会迅速改变，同时在压差作用下向泄漏点处填充，引起邻近区域压力降低，这样以声波形式依次传播到管道两端，泄漏点处向上下游扩散的现象在水力学上称为负压波[1]。

负压波泄漏检测原理如图1所示，在管道两端安装压力传感器P1、P2以捕捉负压波信号，结合负压波传播速度和采集系统采集到负压波到达管道两端时间差t ∆，根据公式（1）。

推算出泄漏点位置。

2L a t x +∆=（1）式中：x ——泄漏点距压力表P1距离，m；L ——压P1负压波是一种声波，其传播速度与管道中流体性质、管道材质、管道壁厚等有关，在液体管线中传播速度一般在1800m/s，在气体管线中传播速度在300m/s。

负压波在管道中实际传播速度计算如公式（2）所示。

vᓣЁ˖v ——䋳य़⊶ӴK ——ㅵ䘧ݙ⌕ԧԧ⿃ᔍᗻ㋏᭄ˈ䘧ݙ⌕ԧᆚᑺˈkg/m 3˗E ——ㅵᴤᔍᗻ῵䞣ˈPa ˗D ——ㅵ䘧Ⳉᕘˈm ˗e m ˗C ——ㅵ䘧㑺ᴳᴵӊⱘׂℷ㋏᭄DŽ⬅ᅮԡ݀ᓣ˄1˅੠ߚᵤ∵∈ㅵ㒓䖤㸠Ꮉމৃⶹˈ䋳य़⊶Ẕ⌟ᅮԡ㊒ᑺপ᪁䗳ᑺ੠䋳य़⊶ࠄ䖒Ϟϟ␌य़࡯Ӵᛳ఼ᯊ䯈Ꮒˈ䖭ህ㽕∖य़࡯Ӵᛳ఼ડᑨᯊ䯈࡯㸼ֵো᭄᥂䞛䲚㋏㒳䞛䲚ᯊ䯈ⳌৠDŽ಴ℸ䋳य़⊶⊘ⓣẔ⌟䳔㾷އҹϟ݇䬂1.1⍜䰸䇃᡹䄺⬅Ѣ∵∈ㅵ㒓ℷᐌᎹމϟгӮѻ⫳ⶀᗕ䋳य़⊶ˈབ䯔䮼さ✊ᓔਃㄝˈ಴ㅵ䘧䖤㸠Ꮉމѻ⫳ⱘ䋳य़⊶䖬ᰃ⊘ⓣѻ⫳ⱘ䋳य़⊶ҹ⍜䰸䇃᡹䄺DŽӴ㒳ᮍ⊩ᰃ࡯Ӵᛳ఼੠⌕䞣䅵ব࣪ᚙމ䆚߿⊘ⓣֵোˈᔧ⊘ⓣথ⫳ᯊˈϞ␌⌕䞣๲ࡴǃϟ␌⌕䞣ޣᇥǃय़࡯ֵো䰡ԢDŽ䖭⾡ᮍ⊩⌕䞣ǃय़࡯䰡Ԣ䳔㽕䆒㕂ϔᅮⱘؐᠡ⌕䞣䅵ৢᳳ㓈ᡸ䌍⫼໻[2]DŽ䖥޴ᑈˈᦤߎњ㒧ᵘ῵㊞䆚߿⊩ǃ⼲㒣㔥㒰⊩ㄝᮍ1.2⍜䰸ᑆᡄֵো䞛䲚ࠄⱘय़࡯ֵোЁࣙ৿њ⊘ⓣֵোˈԚৠᯊг৿᳝ాໄֵোབ⬉⺕ᑆਃㄝˈᔧ䋳य़⊶ֵো䕗ᔅᯊˈ⊘ⓣֵোህ㹿ᅠܼ⏍≵೼ాໄֵোЁˈ䖭ህᇍᦤ⚍ⱘᯊ䯈ᑣ߫ᏺᴹњೄ䲒DŽᇣ⊶ߚᵤᰃϔ⾡ᯊ乥ߚᵤᎹ݋ˈ㛑໳ᇍ䴲ᑇ〇ֵোℸৃ߽⫼ᇣ⊶ߚᵤ᳝ᬜএ䰸ֵোాໄDŽ2෎Ѣᇣ⊶ߚᵤֵো໘⧚ᇣ⊶ߚᵤ݋᳝ᯊ乥ߚᵤӬ⚍ˈܟ᳡њٙ䞠৊বᤶᇍ䴲ᑇ〇ֵো᮴⊩ᦣ䗄ֵ⡍ᕕֵᙃˈ㹿ᑓ⊯ᑨ⫼೼ֵোএాǃ೒ڣय़㓽ǃ᭄ؐߚᵤ੠㞾䗖ᑨⒸ⊶ㄝ乚ඳ㠀ֵো㸼䖒བ݀ᓣ˄3˅᠔⼎ˈⳳᅲֵোЎԢ乥ֵোˈాໄֵোЎ催乥ֵোˈНབ݀ᓣ˄4˅᠔⼎ˈ೼ϡৠᇣ⊶෎ϟᇍॳྟᯊඳ੠乥ඳݙخᑇ⿏DŽ䱣ⴔሎᑺ㋏᭄ᕜᖿ㹄ޣˈ㗠ⳳᅲֵো㋏᭄ⱘᐙؐ෎ᴀϡব[5]DŽ,1,2,(N 2)n i i i f g i N H !ᓣЁ˖i g ——ⳳᅲֵো˗i H ——ాໄֵোDŽ*,(a,b)(t)(t)dta b W f \ ff³（2）式中：v ——负压波传播速度，m/s；K ——管道内流体体积弹性系数，Pa；ρ——管道内流体密度，kg/m 3；E ——管材弹性模量，Pa；D ——管道直径，m；e ——管道壁厚，m；C ——管道约束条件的修正系数。

基于负压波原理的管道泄漏检测技术研究于鹏飞;雷云;刘晓;张莉洁【摘要】文中总结了管道泄漏检测方法的原理及特点,针对负压波法管道泄漏检测进行了讨论,分析了该方法的工作原理,以及负压波波速、管内介质流速、采样误差、虚假警报对管道泄漏定位精度的影响.在此基础上,通过实验研究了负压波法对管道泄漏检测的适应性,误差介于-10.21％～ 10.39％之间.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】3页(P22-24)【关键词】管道;泄漏检测;负压波法;波速;采样误差;定位精度【作者】于鹏飞;雷云;刘晓;张莉洁【作者单位】山西省国新能源发展集团有限公司,山西太原030000;山西省国新能源发展集团有限公司,山西太原030000;山西省国新能源发展集团有限公司,山西太原030000;中国石油西南管道公司重庆输油气分公司,重庆401147【正文语种】中文【中图分类】TE973据统计，自1986年以来，我国油田管线每年的平均穿孔率为0.66次/km[1]。

管道泄漏事故中，除了自然腐蚀穿孔外，“第三方破坏”事故占相当大的比例，然而常规的人工巡线检测方法却很难找到此类破坏点[2]。

需要通过研究相关技术，及时地检测到泄漏，确定泄漏点位置。

由于检测方法的复杂性，管输介质和所处环境(如悬空、管沟、埋地、海底)的差异性，以及泄漏形式的多样性(如渗漏、腐蚀穿孔、断裂等)，目前还没有一种通用的方法能够解决管道泄漏问题。

早期的管道泄漏检测中，侧重于对管壁状态的检测，通过人工方式分段巡视管线，但此种方法不能及时发现泄漏位置，且工作量较大，检测效率较低。

为提高泄漏检测的效率，陆续研制了多种检测装置，如高聚物电缆及管内探测球等，虽然检测和定位的准确率改进较大，但其工程造价过高。

随着计算机技术的发展以及SCADA 系统在管线上的应用，20世纪80年代开始出现一类在线实时检测系统，通过实时反映流体在管道内的状态变化来判断泄漏是否发生以及泄漏点的位置。

基于负压波-流量法的管道泄漏检测试验系统
胡琼;范世东
【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》
【年(卷),期】2009(033)002
【摘要】构建了一套基于负压波和流量的管道泄漏检测试验系统.该系统利用研华PCI-1710HG数据采集卡实时采集管道的压力和流量数据,利用小波变换去除混杂在压力和流量数据中的噪声信号,采用连续小波变换检测压力和流量数据的奇异点从而实现泄漏的检测与定位.监测系统的软件部分采用NI公司的图形化编程语言LabVIEW开发.该系统能及时检测管道泄漏并进行定位.
【总页数】5页(P402-406)
【作者】胡琼;范世东
【作者单位】武汉理工大学能源与动力工程学院,武汉,430063;武汉理工大学能源与动力工程学院,武汉,430063
【正文语种】中文
【中图分类】TE973.6
【相关文献】
1.基于负压波法的不同泄漏孔的管道泄漏检测研究 [J], 张卫国
2.负压波-流量法管道泄漏监测技术在原油外输管道上的应用 [J], 杨雷;孙云峰;陈秀凤
3.基于负压波法的管道泄漏检测系统及实验研究 [J], 雷云;于鹏飞;刘晓
4.基于负压波法的空调管道泄漏检测系统 [J], 刘世杰;朱目成;王雅萍
5.基于负压波法的输油管道泄漏检测定位系统 [J], 廉小亲;苏维均;田黎明
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基于负压波和流量平衡的原油管道检漏定位系统李利锋,白泽生(延安大学物理与电子信息学院 陕西延安 716000)摘 要:管道运输已成为现代社会不可缺少的部分,因此,研究管道泄漏检测系统具有极大的经济和社会价值。

介绍了负压波和流量平衡的检测原理与定位算法,并设计了负压波和流量平衡相耦合的检漏定位系统。

详细阐述了其硬件结构和软件设计思想。

实际应用表明,该系统成本低且稳定可靠,能够迅速发现管道泄漏,并能精确定位。

关键词:原油管道;负压波;泄漏检测;定位中图分类号:T P274 文献标识码:B 文章编号:1004 373X (2008)21 120 03System of Leakage Detection and Location for Oil Pipe Based on the NegativePressu re and Flow Balanced MethodLI L ifeng ,BAI Z esheng(Colleg e o f Physics and Electronic Inf ormat i o n,Yan an Universi t y,Yan an,716000,Chi na)Abstract:Pipeline transpo rtation play s an im po rtant r ole in modern so ciety.T her efore,studying leakag e in pipelines has gr eat eco no mic and so cial benefit s.T his pa per descr ibes the neg ativ e pr essure wav e and f low detectio n pr inciple o f balance and po sitio n locatio n alg o rithm,and desig ns the system of negative pr essure wav e and flow balance.T he idea of har dw are structure and softw are design.is elabo rated in this pa per.T he ex per iment result sho ws that this system has adv antag es of lo w develo p ment cost and hig h reliability,it can find the pipeline leakag e quickly,also t he locatio n is accurate.Keywords :oil pipeline;neg ative pressure wav e;leakag e detectio n;lo cat ion收稿日期:2008 04 161 引 言输油管道作为一种经济、有效、环保的运输手段,在我国国民经济中发挥的作用越来越重要。