改进负压力波定位算法在输送管道泄漏检测中的应用

送速 度大 约是 １ ｋ ｍ／ ｓ ， 各 个信 号接 收器 之 间每一秒 的时间误 差就会 使定位 的偏差 增加 １ ｋ ｍ， 如果 时问 误差超 高 ２ Ｓ ， 定位就 已经失 去意义 。系统时 问不 同
２ ． ２ 压 力变 化 不 明显
从 监 测 系 统 压 力 趋势 图来 看 ， 当泄漏 发 生 引 起 ｆ － 、 下游 压 力趋势 曲线 ， 化 明显 （ 压 力趋 势 曲线
现 更大 问题 。
是， 上 站 出站压 力会 相应提 高 ， 使输 油量 降低 。
４ 结语
２ ． ４ 管输 介 质 中压力 波ｆ 错番 速 度 的影 响 管 内压 力 波 传播速 度取 决 于液 体 的可 压缩 性 和管 材 的弹性 。计 算公 式 为 ：
（ ２ ）
对 运 行 压 力 异 常波 动 的准 确 判 断 ， 是 发 现事
其中， 体积弹性系数 和密度 ｐ 都是温度的函数。
３ 改 进措 施和 效果
３ ． １ 校验 时 间偏差
和 系统 时 问 不 同 步 一 样 的 误 差 ， 严 重影 响定 位 精
度
检漏 系统 的Ｔ 作 原理 是利 用 漏油 点 产 生 的负 压 波 向 两端 接 收器 传 送 的时 间 差进 行 定 位 ， 根据 压 力 波传 播 速度 可 以算 出 ， 负 乐波 在 管 线 中的传
ｃ ， —— 与 管道 约束 条件 有关 的修 正系数 。
２ ． １ 通讯 质 量差 ， 时间不 Ｉ ｌ ］ １ 步 当 通讯 质 量 较 差 时 ， 各个 站 队数 据 采 集 点 向 中 心计 算 机传 送 的 数 据包 会 发 生 丢 失 ， 中心 计 算
机 进 行 比对 的 数据 不 是 刚一 时 间点 的数 据 ， 出现

一、 前! 言
! ! 管道输送因其具有成本低、 节省能源、 安全性 高、 供给稳定等优点而广泛应用于多种介质的输送。 但是， 随着管龄的增长， 由于腐蚀、 焊缝缺陷、 震动和 冲刷等原因引起的管道泄漏不仅影响了管输的正常 运行， 而且还对人类的生命财产和环境造成了巨大 的威胁， 因此对管道运行实时检测非常重要。鉴于 我国原油粘度较大、 多数长输管道不在中间泵站设 置流量计、 压力计等特点， 一种基于现代控制理论、 信息处理的负压波检测法具有良好的发展前景。这 种检测法使用设备少， 工作量小， 价格便宜， 检测速
三、 负压波泄漏定位法
! ! !、 " 时差法 图 % 为时差法示意图。 负压波信号传到两泵站的时间差为： ! " # $ % & ’（ ( ’ $） %& 则! $ #（ ( ) &! " ） %" （"）
四、 基于负压波法的管道泄漏 检测与定位系统
! ! 这套基于负压波法的管道泄漏检测与定位系 统， 采用两种方法依次对信号进行处理， 以求得到真 实的压力信号。该系统自带一套仿真模拟系统， 可 以针对不同的操作和运行环境， 对速度、 阀值等有关 参数进行输送前的模拟， 以保证达到一定的精度和 灵敏度。 !、 " 硬件结构 硬件结构包括采样系统、 信号处理系统、 报警装 置和定位系统， 其中采样系统用数据采集板对各通 道的压力信号进行采集； 信号处理系统是采用延时
高， 灵敏性较好。除此之外， 这种方法还具有方向 性， 允许使用较低的阀值， 可以大大降低误报率。
二、 负压波泄漏检测方法
! ! 管道发生泄漏时， 在泄漏处因流体的损失而引 起局部流体密度减小， 导致瞬时压力降低， 出现速度 差。瞬时的压降作用在流体介质上， 形成一个负压 波。负压波以声速向管道上下游传播， 利用设置在 管道两端的压力传感器检测压力波信号， 根据信号 变化程度和变化的时间差， 采用信号相关处理方法， 就可以进行泄漏判定和泄漏定位。

某 油 田位 于伊 拉 克 东 南 部 ，现 场 环 境 恶 劣 ，交 通 路 网落后 ，加 之 战 乱 等 不 安全 因素 ，人 工 巡 线 具 有 很 大难 度 。为 了准确 地掌 握管 道 的运 行 状况 ，及 时处理 管道 出现 的问题 ，减少 管道 事故 造成 的人 身 安 全 伤害 、环境 污 染及 经 济损 失 等 ，在 管 道 设 计 之 初 应 考虑安 装 管道 泄漏 检测 系统 。 １ 管 道泄 漏检 测方 法
一
Ｖ
（１）
稿 件 收 到 日期 ：２０１７—１２—１３，修 改 稿 收 到 日期 ：２０１８一Ｏｌ一３０。 作者简介 ：陆地 （１９８６一 ）男 ，现就职于 中国石油工程建设有限公 司 北京设计分公司 ，从事石油化工仪表 自动化设计工作 ，任工程师 。
７０
石油 化工 自动化
第 ５４卷
关 键 词 ：负压波 原油管道 管道泄漏检测系统
中 图分 类 号 ：ＴＰ２９
文 献 标 志码 ：Ｂ
文章 编 号 ：１００７—７３２４（２０１８）０２—００６９—０２
石油 天然 气处 理及 外输 过程 中 ，管道 是 主要 的 输送 方式 之一 。管道运 输具 有运 输量 大 、受地 形 限 制小 、密 闭安 全 、能耗 少 及 运 费 低 等 优 点［１ｊ。但 是 在管 道运行 过 程 中 ，由于 管 道 老化 、地 质条 件 变 化 以及 第三 方破 坏 等 原 因 ，管 道 泄漏 事 故 经 常 发 生 ， 轻者 造成 停工 停产 、资 源浪 费 、财 产损 失 ，重者 造成 环境 污染 ，威胁 人 身安 全Ｌ２］，对企 业信誉 造 成损 害 。 因而 ，及 时发 现并 定 位 泄 漏 点 、实 时监 测 管 道 运 行 状 况 尤为 重要 。

0前言结构健康监测（SHM ）是研究结构健康和耐久性的跨学科工程领域。

它集遥感、智能材料、信号处理等功能于一体。

SHM 尤其适用于桥梁和水坝等远程监控大型基础设施系统，以及高姿态机械系统，如飞机、航天器、船舶、海上结构物和管道，这些系统的性能至关重要，但现场监控很困难，甚至无法监控[1]。

由于管道泄漏每年在世界范围内造成大量的灾难性事故，引起广泛关注[2-4]。

因此，管道泄漏监测成为SHM 的一个重要研究领域。

当发生泄漏时，负压波（NPW ）从泄漏点向管道两侧传播[5]。

通过安装在管道表面的传感器记录NPW 信号，采用信号处理算法对NPW 信号进行处理，以定位泄漏点。

例如，Jia Z G 等人[6]利用负压波引起的环向应变开发了定位泄漏方法。

Zhu J 等人[7]通过计算负压波的到达时间对泄漏进行定位，并对定位精度进行分析。

时间反演是基于互易性的技术[8]。

当传感器记录的信号在时域（或在频域中相位共轭）中被时间反转并在传感器位置发回时，在激励位置自适应的时空聚焦信号[9]。

时间反转技术有两种应用方式：一种是所谓的物理时间反转。

时间反转信号被重新传输到物理介质中，然后信号将围绕源的物理位置重新聚焦。

这种效果对于许多需要将波的能量物理地集中在期望位置的应用极具吸引力。

另一种是计算时间反转，信号通过计算被重新辐射到感兴趣的领域，而不是在真实的介质中实现。

在计算过程中，时间反演信号与频域中的传递函数（通常使用格林函数作为传递函数）相乘[10]。

由于频域的乘法等于时域的卷积，同样的过程可以通过将时间反转信号与信道冲激响应卷积来完成。

近年来，时间反转技术在无损检测（NDT ）和结构健康监测（SHM ）中得到广泛应用[11-13]。

然而，为了监测整个管道，传感器必须安装在管道末端。

端部反射的NPW 信号导致定位精度下降[7]。

而且，当接收信号的持续时间较长时，反射信号与原入射信号的叠加，将使基于信号最大值的TR 定位方法准确率进一步下降。

负压波法管道泄漏监测定位系统的应用艾信;段新海;乔守武;赵天福;史建国【摘要】近年来本厂多次发生大型输油管线泄漏事故,不但带来巨大的经济损失,而且造成十分严重的环境污染和负面新闻舆论.针对上述存在的问题,本文以负压波为原理,以LABVIEW与MATLAB为系统开发平台,结合传感器技术、数字信号处理技术和通信技术,设计研发了输油管道泄漏实时监测及定位系统,并在现场安装应用.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】3页(P131-132,148)【关键词】负压波法;管道;监测【作者】艾信;段新海;乔守武;赵天福;史建国【作者单位】中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500;中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500;中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500;中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500;中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500【正文语种】中文【中图分类】TE938.2原油输送管道是油田生产的生命线，管线发生穿孔，其经济损失非常巨大。

如果采取先进的科技手段，对输油管线进行实时监测，迅速准确的判断出泄漏位置。

就能使突发事件得到及时处理，使损失降到最低。

市场上有部分公司研制管道泄漏监测定位系统，其实验测试环境多为理想的输送液体管道。

市场产品实用性不强，同时安装费用较高，只能对重点输油管线加装。

所以，打破这种技术垄断，研发适用于长庆油田输油管道在线监控系统具有重要意义。

1.1 搭建实验环境选取镰三增至镰一转管线作为测试管线，管线全长3 500 m。

在途经林79-75井组处，将管线开小孔，直径3 mm，距离镰一转1 500 m，加装泄漏仿真闸门，用来模拟管线泄漏（见图1）。

1.2 验证负压波的存在性将实验管线用清水打压至2.6 MPa，依托SCADA系统采样，采用LABVIEW与MATLAB搭建泄漏监测平台，融合小波变换算法，经过20多次放油测试，发现每次实验均能测到负压波，但是因SCADA系统采样频率太低（1 Hz），无法实现定位功能。

（ １ ． 西南石油大 学土木工程与建筑学院 ， 四川成都 ６ １ ０ ５ ０ ０ ； ２ ． 都江堰市 集能燃气有 限公 司， 四川都江堰 ６ １ １ ８ ０ ０ ）
摘要： 负压波泄漏诊 断技 术具有响应快 、 精度高、 费用低等优 点， 被 广泛应用于管道检测， 其应用分
泄 漏判 定与 泄 漏定位 ２个过 程 。 文 中对 负压 波技 术 检 漏原理 作 了阐述 ， 总 结 了 负压 波检 漏技 术应 用过 程 中的相 关方 法以及存 在 的 问题 。针 对 其在较 小压 力泄 漏与 小泄漏检 测方 面 的缺 陷 ， 提 出结合 流 量平 衡 的泄 漏检 测原 理 ， 结合 Ｓ Ｃ Ａ Ｄ Ａ 系统 建 立泄 漏诊 断 系统 ， 并仿 真 验证 了其在 工程 中的 实用性 。提 出未
２ ． Ｄ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｙ ａ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｅ ｎ ｇ Ｇａ ｓ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｄｕ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｙ ａ ｎ ６ １ １ ８ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ ｌ ｅ ａ ｋ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｎ ｅ ｇ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｓ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｕ ｓ ｅ ｄ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｉ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ， ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ
ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｎ ｅ ｇ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｓ ｉ ｓ ｎａ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ； ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｓ ｔ ｉ ｌ ｌ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｎ ｅ ｇ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｗａ ｖ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ． Ｉ ｎ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｉ ｎ ｓ ｍａ ｌｌ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｎｄ ａ ｓ ｍａ ｌ ｌ — ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｌ ｅ ａ ｋ ｄ ｅ — ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｉ ｔ ｐ ｕ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｗ ｒｄ ａ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｌ ｆ ｏ ｗ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ａ ｋ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ； ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ Ｓ ＣＡＤ Ａ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ — ｌ ｉ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｌ ｅ ａ ｋ ｇ ｅ， ａ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｉ ｓ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ， ｍｏ ｒ ｅ ａ ｔ — ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｐ ａ ｉ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｖ ｅ ｏｒ ｆ ｍ， ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｉ ｔ ｈ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｉ ｍ—

负压波定位理论在输油管道泄漏监测系统中的应用苏维均，廉小亲，于重重，曹志国（北京工商大学，北京 100037）摘要：本文主要讲述了负压波理论在输油管道泄漏监测系统的具体应用情况；分析了采用负压波理论进行泄漏定位的过程中时间差的求解问题，提出了三种求取时间差的方法。

通过负压波理论的定位公式以及时间差对泄漏点进行定位。

关键词：输油管道、泄漏监测、负压波1 引言在大型油田的生产中，原油从油井里开采上来之后，经过各地的输油站经输油管线输送到炼油厂，提炼出各种石油产品。

由于油井在地理位置上分散性很大，所以输油管线不但长，覆盖区域也非常大。

每年由于原油泄漏及人为打孔盗油给国家和企业带来巨大损失，并造成环境污染。

输油部门通常是派人轮流巡线，以及时发现泄漏，从而减少泄漏损失。

但是，尽管昼夜不断地进行人工巡视，由于管线过长，仍不能及时发现泄漏；而且，以人工查寻的方式来进行输油管道的泄漏检测，也耗费了大量的人力、物力和财力资源。

因此，对管道进行实时自动监测具有重要意义。

近几十年来，管道工业得到快速发展，管道监控方面的研究课题显得尤为重要，而管道监控的重要问题是系统的泄漏检测。

根据泄漏检测原理，目前用于泄漏检测的方法可以分为直接检测法和间接检测法：直接检测法即根据泄漏的介质进行检测，例如根据油气泄漏时所露出的地表痕迹以及散发的气味等进行检测；间接检测法则是根据泄漏引起的管道输送介质有关参数的变化来进行推断。

目前，国内外主要应用的泄漏检测方法有压力图像法（压力分布法）、压力点法（PPA）、负压波法、质量平衡法、声波法、管道泄漏溶解法等等[1]。

本文主要介绍负压波法在输油管道泄漏监测系统中的具体应用。

2 输油管道泄漏检测系统的实现2.1 系统组成结构本系统从总体结构上由上位机与下位机两个部分组成。

上位机为工控机，下位机为压力采集系统。

整个检测系统由放置在中央控制室的一台工控机和若干个近端或远端输油站点的压力采集模块组成。

３ ．国 内研 究 情 况 及 发 展 趋 势
（ ）传播 速度 的修正 。负 压波传 播速 度公式 ： ２
我 国输 油管 道泄 漏监测 和定 位技术 的研究 始 于
八 十年 代初 ，它 基 于管道 Ｓ ＡＤ 系统 ，是管 道 流 Ｃ Ａ 体 流动 模型 、管 道实 时在线 观测 和泄漏 状态 检测 的 综 合应 用 ，涉及 管道 流体过 程仿真 、滤波处 理 、模 式 识别 等方 面的 知识 。
（）作 内积 ，其 中 Ⅱ＞ ０。 ￡
１ ｒ 。 ＋ｏ ，， 一 、
单靠 人 力 是 不 够 的 ，只 有 依 靠 先 进 的科 技 手
段 ，才 能迅速 准确 地判 断 出泄漏位 置 ，及 时调度 人
ｗ丁，Ⅱ ｒ √ Ｉ ｚ ｔ （ （ ，）＝ 圭 于流 出量 ，则 可判断 管道 中间有 泄漏点 。 （ ）压力 差法 。根据 泄漏 前后 管线 内压力 的变 ２ 化进行 检 测 。
Ｄ— — 管道直 径 ，ｍ；
Ｐ —— 管壁厚 度 ，ｍ；
Ｃ —— 与管道 约束 条件有关 的修 正 系数 。 如果将 负压 波传播 速度写 为 随距离 变化 的 函数
弹性 模量 的 函数 。当 负压波传 播 到管道 两端时 ，引
起首末 两 站压 力降 低 ，被 设在 两端 的压力 变送 器捕 获 ，随泄 漏位置 的不 同 ，响应 的时 问差也 不同 ，根 据响应 时 问差 、管道 长度 、压 力传播 速度 即可计 算
出相应 泄漏 位置 。 ２ ．轻 烃 输 送 管 道 泄 漏 检 测 的 重 要 性
警定 位 系统 就是 采用这 种方 法 。
４ ．负 压 波 检 测 的 技 术 难 点
安 装 了一套 负压 波结 合输量 平衡 的轻 烃管线 泄漏定 位 报警 系统 。当首末 两站 问输 油管段 内某一 泄漏点 压 力突然 降低 ，产 生 的负压 力波将 沿管 道 向两端传

程，２００３（４）
收稿日期：２００３－１２－１１
位置进行巡线检查。
编辑：马三佳
２ 流量信号的稳定处理
管道泄漏监测装置最早采用读取流量计的频率
的方法取得流量数据，经过试运行发现由于工况条
件差，取得数据波动大，无法有效进行首末站数据
对比。经过对现象的分析，改用动态数组的方式取
得流量数据，每秒取 １０ 次流量数据求平均值作为流
间歇传输两种方式。连续传输是防盗装置通过调制 解调器进行数据不间断传输，这种方法数据传输及 时，但运行费用高；间歇传输采用间隔一段时间进 行数据传输，虽然费用较低，但传输受线路影响大， 报警时间长，效果差。无线传输采用电台发送和接 受信号，通常使用模拟电台和数字电台两种。因为
宋一联与葡一联相距 ３２．６ ｋｍ，采用无线传输需要
站进站压力降低，并分别被设在 位置的不同，捕捉到负压波的时间差也不同。根据负压波时间差、管
两端的压力变送器捕获，随泄漏 道长
度、负压波传播速度，可计算出相应泄漏位置（见 图 １）。根据两站收到负压波的时间差，建立基本的 数学理论模型，对因管道的工况参数及被输介质的 理化性质和温度衰减等引起压力波的传递速度及衰 减速度变化进行必要的补偿和修正，即可实现泄漏 报警及定位。
输油阀门。经现场核实为葡一联进行了关阀操作。 显示。
为了方便站内管理，更改了软件的设置，首先
通过智能判断，管道泄漏监测装置将过滤站内正常 操作引起的报警，然后可以通过曲线进行判断是否 发生泄漏，通过手动进行精确定位，这样有效减少 了误报率和漏报率。同时在软件的开发上考虑了现 场实际操作性和查询的方便，设置了输差记录数据 库，可以分别查询 ５ ｍｉｎ、１ ｈ、１ ｄ 的输差量；从输 差记录上可以方便的查询管道的运行情况，方便了 值班人员的管理。制作了宋一联至葡一联外输管道 的电子地图，防盗装置报警后，显示器上地图显示 出发生泄漏的具体位置，值班人员可迅速根据显示

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。

(5)
其中，u 为气体流速(m/s) ，计 算 时 可 采 用 气 体
的平均流速。 由式(1) 得修正后的定位公式为：
22
X= L（v-u）+（v -u ）
(6)
2v
由于系统的所有数据都由计算机进行采集和处
理，故式(6) 又可写为：
22
X=
L（v-u）+（v 2v
-u
）Δdts
(7)
其中，ts 为采样时间，s ；Δd 为奇异点的位置差， m。
关键nology of Gas Pipeline Leakage Detection Based on Negative Pressure Wave
ZHANG Zhi (Ji nan Oil Transportation Branch of CNPC Pipelines Company，Shandong 250014) Abstract: With China's growing of long-distance gas pipelines, Pipeline leaks become a major problem. So, the automatic monitoring of pipeline leaks and leak location is particularly important. This article describes the basic principles and methods of negative pressure wave monitoring for the pipeline leak,describes optimization of the positioning basic equation,and introduce a more accurate formula. This article also prove know -optimized calculation method has higher positioning accuracy,and has a certain significance of automatic monitoring for pipeline leaks mathematical model. Key words: gas pipe; leak monitoring and detecting; negative wave; location

负压波定位理论在油气泄漏监测过程起到了积极作用，为进一步提高工作效率，应该不断尝试技术创新，从而实现对于负压波定位技术的进一步优化，以满足定位的准确性，从而进一步实现管道泄漏的自动监测能力。

在具体工作开展过程，本文首先分析了负压波泄漏检测的基本原理，其次总结了负压波检漏技术存在的主要问题，最后提出其技术应用措施与相关系统的进一步构建，希望分析能够进一步提高认识，并实现油气泄漏监测的有效性。

具体分析如下。

一、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。

二、负压波检漏技术应注意的问题1.负压波捡漏技术通常将负压波在输气管道中的传播速度确定为一个常值，即认为负压波在输气管道中的传播速度一般为声波在输送气体介质中的传播速度，而实际运行的管线中该传播速度与气体介质的密度、压力、比热和管道的材质及传输介质的流速等均有关系，不是一个确定的值。

因此，利用式进行定位必然会带来较大的定位误差。

2.由于管线运行的环境不可避免的存在一些干扰，如电磁干扰、工况变化等因素。

因此，由传感器采集到的压力信号附有大量的噪声，这使得精确识别压力突降点变得非常困难。

收稿日期:2006-09-25作者简介:周小华,男,1989年毕业于重庆解放军后勤工程学院,助理工程师,主要从事油库技改工作。

利用负压波原理判断输油管线泄漏位置周小华(华南蓝天航空油料有限公司湖南分公司,湖南长沙 410141)摘 要:介绍了利用负压波原理判断输油管线泄漏位置的基本方法,分析了影响负压波压力拐点提取的因素并提出了完善措施,对于长距离输送油品和其它液体介质的管道泄漏监测具有较大的推广价值和应用前景。

关键词:负压波;输油管线;泄漏中图分类号:T E 832 2 文献标识码:A 文章编号:1003-6490(2006)04-0038-020 引 言为解决长输油管线腐蚀穿孔泄漏和人为破坏偷盗油品问题,石油化工企业近两年加大了管线监控保护力度,对所辖范围内的输油管线基本上都设置了保压监控装置,即在输油管线上、下游设置压力传感变送装置和温度变送器,通过无纸记录仪或电脑控制系统自动记录,并生成压力-时间和温度-时间曲线,再根椐这两种曲线的变化来判断管线是否发生泄漏。

在温度-时间曲线较稳定的情况下,如压力-时间曲线在某时刻出现下降拐点并有延续趋势,在排除设备故障的情况下,即可判断输油管线出现了泄漏(腐蚀穿孔或人为破坏)。

此时,输油管线管理单位会立即组织人员对管线进行沿线巡查,尽快找到泄漏点并采取有效措施避免损失进一步扩大。

这种沿线巡查查找漏点的方法对于短程管线(小于5km)而言困难不大,但对于超过5km 长的输油管线来说,既费人力又耗时间,不利于及时发现漏点,将延误处置时机,使损失扩大。

如何解决这一问题呢?根据国内多家石油管道企业取得的成功经验,推荐使用负压波原理来判断输油管线泄漏点位置。

1 负压波法泄漏监测定位原理当输油管道发生泄漏时,泄漏点管道内外会产生压差,该点流体迅速消失,压力下降。

泄漏点两边的液体现漏点补充,这一过程依次向管道上、下游传递,相当于泄漏点处产生了以一定速度传播的负压力波。

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375103);北京市新星计划资助项目(2003B33);中国石油天然气集团公司中青年创新基金资助项目(202f70135,202f70128);霍英东青年教师基金资助项目(91051)收稿日期:2004-05-12 收修改稿日期:2004-06-06液体管道泄漏负压波诊断方法的研究现状及发展趋势梁　伟,张来斌,王朝晖(石油大学(北京)机电学院,北京　102249) 摘要:在国内,负压波检漏技术被广泛用于液体管线泄漏的诊断。

在应用过程中,假设条件和涉及到的不确定因素较多。

由于涉及到的任何一个因素有误都可能导致不正确的结果,因而将该技术与泄漏诊断的其他技术结合起来进行综合研究,才能更准确地确定出泄漏的位置。

负压波检漏技术具有三大发展趋势:第一,与其他技术一同使用,从而更好地解决相关的定位问题;第二,强化对负压波检漏技术的研究,定性研究负压波传播模型可以更好地确定泄漏发生的时间;第三,对负压波检漏技术的研究从定性到定量,定量的分析结果可以用于推测管线泄漏量和泄漏位置。

关键词:负压波;泄漏诊断;漏点定位;应用研究中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1004-9614(2004)06-0016-04State of Research on Negative Pressure Wave Techniques Applied to Leak Detection in Liquid PipelinesLIANG Wei ,ZHANG Lai -bin ,WANG Zhao -hui(College of Mechanical and Electronic Engineering in the University of Petroleum ,Beijing 102249,China )A bstract :The negative press ure wave techniques are widely used in China to diagnose the leakage in liquid pipelines .Many as -sumptive and uncertain factors are often involved in the process of leak detection ,which can easily result in errors ,even if only one of the factors is not correctly assumed or known .Thus the negative pressure wave techniques s hould be integrated with other dating techniques to drive a more accurate leak location .Additionall y ,the development trends of negative pressure wave techniques are as follows :First ,negative pressure wave detection techniques will be integrated with other compatible detection techn iques and modern signal processing methods to solve the complex problems encountered in leak detection .Second ,studies of negative pressure wave techniques have ad -vanced to a new stage .The deductions on propagation mechanis m of negative pressure wave have been successfully applied to determine leaks qualitatively .Third ,anal y s is on negative pressure wave detection techniques will be made from a quantitative point of view .The q uantitative data have been used to deduce leak amounts and location .Key Words :Negative Pressure Wave ;Leak Diagn osis ;Leak Location ;Applied Research1　引言液体管线泄漏诊断是故障诊断领域内的一个重要分支。

113科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 工 程 技 术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v 0,一般情况下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。

假设泄漏点C产生的压力波传到首站(A 点)的时间为t A ,传到末站((B点)的时间为t B 。

泄漏点C到A, B点的距离为L AC 、L BC ,则有:AC A L t v v (1)00BC AC B L L L t v v v v (2)当输油管道出现泄漏时,其首末两个端点的压力会急剧下降,根据两个端点压力传感器所检测到的压力剧降的时间差,即可估算泄漏位置,如式(4),若t A 与t B 的时间差为△t,则有:00AC AC A B L L L t t t v v v v (3)22001[()()]2AC L L v v v v t v(4)假设首端泄漏,产生负压波,传到末端,有: 00,A B Lt t v v 再假设末端产生泄漏,负压波传到首端,则有: 0,0A B Lt t v v 两个时间差的绝对值为3022002,10A B v v t t L v v v 因为由此引起的定位误差在管段长度的千分之一以下,因此可以忽略v 0对v的影响。

捕 获 。随泄 漏 位 置 的不 同 ， 响应 的时 间差 也 不 同。根 据 响 应 时 间
差、 管道长度 、 压力传播速度 即可计算出相应泄漏位 置。对 由于 因管线的工况参数及被输介质 的理化性质和温度衰减等引起 压 力波的传 递速度及衰减速度变化进行必要的补偿和修正 ，即可
实 现 泄 漏 报警 及 定 位 。
中 图 分类 号 Ｔ Ｅ ９ ３ ７ ． ６ 文献 标 识 码
随着国家经济的迅猛发展 ，成品油的管道输送已成为销售和 运输的重要方式之一 ， 以及企业效益增长 的重要影响因素 ， 其具有 运输量大、 运费低 、 能耗少、 损耗率低 、 投资少等优点。在管道运行 过程 中， 由于腐蚀穿孑 Ｌ 引起的泄漏时有发生 ， 近年来不法分子打孔
流 量 的 上 升 和 下 降 与 压 力 的 变 化 几 乎 是 同 时 的 ，因 此 也 可 以
负压力波法是 利用管道 瞬态模型 ，当首末两站间输油管段 内某一点发生泄漏 时 ， 泄漏点压力突然降低 ， 根据流体力学 的理
论， 泄漏 点 就 会 产 生 一 个 负 的压 力 变 化 ， 即负 压 波 通 过 介 质按 一
白志英
（ 中国石油化工股份有限公 司天津分公 司 天 津）
摘要
关键 词
针对成品油管道泄漏监 测问题 ， 对管道泄漏方式及泄漏监 测方法进行 了探 讨， 提 出管道泄漏监测技术的关键是泄漏报 警及
输油管道 泄漏 监测 应 用 Ｂ
泄漏点精确定位 ， 介绍油品长输管道利用 负压波法进行泄漏监测定位 的应用情况。
流失 、 污染周边环境 、 甚至危及人 民生命财产安全等严重后果。管
道泄 漏 监 涣 ０ 不仅成 为 安全 生 产 的重要 工 作 内容 ，也 是 管道 正 常运

基于改进负压波法的海底管道泄漏研究
刘爱明;梁鹏;封园;郝铭;谢维滨
【期刊名称】《石油和化工设备》
【年(卷),期】2024(27)4
【摘要】管道作为油气运输的主要方式之一,自然和人为的因素的破坏会导致油气资源发生泄漏,造成经济损失及环境污染。

本文以海上油田的海底管道为研究对象,阐述了负压法检漏技术的基本原理,改进了负压波定位算法,提出并推导了其泄露位置粗区间的计算公式,利用OLGA软件搭建管道泄漏模拟系统,计算了管道的泄漏点,可实现对泄漏点的准确定位,可及时发现海底管道的泄漏风险并进行故障维护。

【总页数】4页(P156-159)
【作者】刘爱明;梁鹏;封园;郝铭;谢维滨
【作者单位】中海石油(中国)有限公司天津分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE9
【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
2.海底管道负压波泄漏检测失效分析及解决方案
3.基于负压波法的管道泄漏检测系统及实验研究
4.基于负压波法的成品油输送管道泄漏检测及其改进
5.基于负压波法输油管道泄漏监控软件的开发
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