改进负压力波定位算法在输送管道泄漏检测中的应用

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。

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。

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。