基于次声波的天然气管道泄漏检测系统设计

基于次声波检测技术的管道泄漏预测研究随着社会的发展，能源消耗量逐年攀升，而能源的输送与储存都需要涉及大量的管道。

然而，管道泄漏时有发生，给环境和社会带来了严重的损失。

因此，如何预测管道泄漏及时采取措施防止事故的发生成为了很重要的工作。

近年来，基于次声波检测技术逐渐成为了管道泄漏预测研究的热点，本文将从次声波检测技术的原理、应用优势和现状三个方面进行探讨。

一、次声波检测技术的原理【次声波的定义】首先，让我们来了解一下什么是“次声波”。

次声波是指频率范围在20Hz以下的声波，也叫超低频声波。

在空气中无法直接感受到，但在液体介质中传播距离较远。

相比于常见的声波，次声波具有更强的穿透力和传播距离。

【次声波检测原理】次声波检测技术即是利用超低频声波在管道内的传播来检测管道内可能存在的漏洞。

在次声波检测时，需要将次声发生器放置在管道入口处，产生高频信号并将信号通过液体传输到管道内，经管道内介质的反射、散射、吸收等作用后回到管道入口处。

次声传感器将回传的信号转换成电信号，并通过信号分析算法计算出管道内的漏洞大小和位置。

二、基于次声波检测技术的管道泄漏预测的应用优势【检测准确性高】次声波检测技术可以在不拆除管道、不影响管道运行的情况下进行检测，其检测准确性与管壁材料、管径、管道长度、液体介质等因素无关，且能够检测到漏洞的大小和位置。

【成本低廉】相比于其他传统的检测方法，比如辐射检测、超声波检测等，次声波检测技术的设备和操作成本都较低，因此更加经济实用。

【适用范围广】次声波检测技术可适用于各类建筑管道、石油、化工、水利等行业的液体储存与输送管道的检测。

近期，次声波检测技术在钢铁、铝质等工业产业的无损检测中也得到广泛应用。

三、目前基于次声波检测技术的管道泄漏预测研究现状目前，次声波检测技术的应用已经取得了一些成果。

一些研究者在发现次声波检测技术可以检测到管道内的漏洞后，对其进行了更深入的研究。

例如，有研究人员针对不同材质管道的漏洞检测进行了比较研究，发现次声波检测技术对短时漏洞检测精度较高；还有研究者从从参数优化和多点同时检测的角度探讨了次声波检测技术的检测效果提升。

10.3969/j.issn.1000-0755.2014.11.018基于次声波的输气管道泄漏检测系统刘四运贾伯早（伊犁哈萨克自治州特种设备检验检测所，新疆伊宁）摘要：天然气管道的建设加速发展，管道安全运行显得尤为重要。

文章介绍的次声波输气管道检测系统基于FPGA技术对输气管道内的次声波信号进行采集和分析，将检测后的信号通过ZigBee模块无线传输到数据中心，实现快速信号检测以及智能化监测功能。

关键词：次声波；泄漏检测；SOPC；ZigBeePipeline Leakage Detection System Based on Infrasonic WaveLiu Siyun Jia Bozao(Kazak Autonomous Prefecture Ili Special Equipment Inspection and Detection Institute, Yining, Xinjiang) Abstract: Pipeline's operational safety is very important with the rapid development of natural-gas pipeline construction. This paper describes the acquisition and analysis of the infrasonic wave signal in the gas transmission pipeline using infrasonic pipeline detection system based on FPGA technique. In the system the signal after detected is transmitted to the data center through the ZigBee module, thereby realizing the fast signal detection and intelligent monitoring function.Key words: infrasonic wave; leakage detection; SOPC; Zigbee0 引言由于管道设备老化和人为破坏等原因引起的输气管道泄漏时常发生，严重影响输气管道系统的安全，同时也造成巨大的生命财产损失和坏境污染。

L D-S A K E R管道泄漏监测报警定位系统廊坊市蓝德采油技术开发有限公司])21([21V t t L X -+=LD-SAKER-II 型为负压波原理判断方法； LD-SAKER-III 型为负压波+体积平衡原理判断方法；LD-SAKER-V 型为次声波、负压波、体积平衡综合判断方法。

二、 系统工作原理（LD-SAKER-V ）LD-SAKER-V 型管道泄漏监测报警定位系统是以次声波、负压波、体积平衡三种原理综合分析、判定的报警、定位系统。

该管道泄漏监测报警定位系统在负压波和体积平衡法的基础上增加目前最先进的次声波技术，是集成了多学科技术的管道泄漏监测定位系统，从根本上提高了系统的可靠性和准确性。

该系统针对所监测管段全天候实时监测，对管道运行中发生的泄漏等异常事件进行报警、定位,具有很高的灵敏度和定位精度。

与GPS 为核心的定位导航系统及精确的管道电子地图相结合，可以使管理部门及时准确找到泄漏现场，使管道泄漏等异常事件造成的损失降到最低。

次声波是频率低于20赫兹的声波，其传播速度和声波相同，由于次声波频率很低，大气对其吸收小，有较强的穿透能力，不容易衰减，不易被水和空气吸收，所以它传播的距离较远。

次声波技术，是管道泄漏监测领域的一种新型的监测技术，用于监测管道泄漏及管道异常时所产生的次声波，通过频谱分析分理出泄漏产生的次声波并以曲线形式反映。

实践证明，该波传播速度恒定（同一介质），信号能够非常清晰地传递到远端接收单元，为准确定位创造了条件。

因此，结合此项技术的泄漏监测系统在监测精度和定位准确度上有了很大的提升。

次声波管道泄漏监测采用一次表动态响应并能根据输送管道动态变化实现动态低频测量的电声换能器（次声传感器），接收管道运行过程中由于泄漏引起介质瞬间物理扰动而产生次声波。

次声传感器安装在管道的首、末端，捕捉由于泄漏产生的次声波以及到达管道首、末端的时间差，由公式计算泄漏点的具体位置。

㊀２０２０年㊀第３期Ｐｉｐｅｌｉｎｅ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ２０２０㊀Ｎｏ ３㊀收稿日期：２０２０－０１－０７管道次声波泄漏监测系统优化设计于海涛，蒋晓斌，闫化云（中海油（天津）管道工程技术有限公司，天津㊀３００４５２）㊀㊀摘要：为了提高次声波泄漏监测系统的定位精度和抗干扰能力，针对单传感器次声波泄漏监测系统的不足，将单传感器泄漏监测系统优化改造为双传感器结构，建立了适用于该系统结构的实验环路，对优化后的双传感器次声波泄漏监测系统进行了性能测试㊂测试结果表明：双传感器次声波泄漏监测系统，不仅可以有效消除调泵㊁调压等外部干扰，而且提高了泄漏监测系统的可靠性和定位准确率，改进后的系统可实现对最小孔径３ｍｍ泄漏点的可靠检测和定位㊂关键词：次声波；管道；泄漏监测；优化设计中图分类号：ＴＰ２１６㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００４－９６１４（２０２０）０３－００４９－０４ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＰｉｐｅｌｉｎｅＩｎｆｒａｓｏｕｎｄＬｅａｋａｇｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＹＵＨａｉ⁃ｔａｏ，ＪＩＡＮＧＸｉａｏ⁃ｂｉｎ，ＹＡＮＨｕａ⁃ｙｕｎ（ＣＮＯＯＣ（Ｔｉａｎｊｉｎ）ＰｉｐｅｌｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙａｎｄａｎｔｉ⁃ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｆｒａｓｏｕｎｄｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ，ｔａｒｇｅｔｉｎｇｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｓｉｎｇｌｅ⁃ｓｅｎｓｏｒｓｕｂｓｏｎｉｃｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ，ｓｉｎｇｌｅｓｅｎｓｏｒｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｉｎｔｏａｄｏｕｂｌｅｓｅｎｓｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｏｏｐｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｕａｌ⁃ｓｅｎｓｏｒｓｕｂｓｏｎｉｃｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｕａｌ⁃ｓｅｎｓｏｒｉｎｆｒａｓｏｕｎｄｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｅｌｉｍｉｎａｔｅｅｘｔｅｒｎａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｕｃｈａｓｐｕｍｐａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ｂｕｔａｌｓｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅｌｉａｂｌｙｄｅｔｅｃｔａｎｄｌｏｃａｔｅｔｈｅｌｅａｋａｇｅｐｏｉｎｔｗｉｔｈａｍｉｎｉｍｕｍａｐｅｒｔｕｒｅｏｆ３ｍｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｓｏｕｎｄ；ｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎ０㊀引言次声波泄漏检测系统主要利用次声波传播距离远㊁穿透力强的特点，将管道泄漏时产生的泄漏声信号，通过声波传感器㊁信号处理设备提取出来，并进行除噪㊁对比分析，确定是否发生泄漏和泄漏点的位置㊂目前，ＡＳＩ音波监测系统应用较广泛㊂在中石油㊁中石化的陆地管道上应用音波泄漏监测系统较多，次声波监测系统在海底管道上也有应用［１－２］㊂目前，应用较多的单传感系统在实际应用中也存在一些问题：泄漏源所在管段很难判断，超长距离管线的次声波泄漏监测，需要分段进行监测，一旦某管段发生泄漏，会出现该管段接收到泄漏信号外，其他管段的传感器也会接收到泄漏信号，无法判断泄漏方向；阀门动作㊁调泵㊁调压干扰严重㊂油气管道的调压㊁调泵和阀门动作，单传感器次声波泄漏监测系统大多会报警，但这些信号并不是管道泄漏引起的，造成系统误报警㊂因此，需对单传感器次声波泄漏监测系统进行优化设计，解决实际应用中的问题㊂文中研究了次声波泄漏监测系统的原理，将单传感器优化设计为双传感器，解决了单传感器系统实际应用中的问题［３］㊂１㊀单传感器次声波系统次声波是指频率为０ ２０Ｈｚ的次声信号，其在管道泄漏监测方面具有传播远㊁穿透力强的优势㊂１．１㊀系统原理当管道发生泄漏后，泄漏次声信号会从泄漏点沿着管壁以一定的速度向两端传播，这时安装在管道两端的次声波传感器接收到次声信号，通过信号分析，屏蔽噪声信号，提取泄漏信号，实现管道泄漏的可靠监测，再根据次声信号到管段两端传感器的时间差和次声信号的传播速度，即可对管道泄漏点进行定位㊂具体定位原理如下：假设在管道的首㊁末端安装Ａ㊁Ｂ两个传感器，管道的长度为Ｌ，管道在Ｃ点位置泄漏，㊀㊀㊀㊀㊀５０㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｙ ２０２０㊀Ａ㊁Ｃ间距为Ｘ，Ｃ点传到Ａ和Ｂ的时间为ｔ１和ｔ２，则泄漏点的位置表达式为Ｘ＝Ｌ＋ｖΔｔ２式中Δｔ为同一泄漏次声波到达首㊁末站传感器的时间差值㊂１．２㊀系统组成次声波泄漏监测系统由次声波传感器㊁次声波网络传输仪㊁监控主机和ＧＰＳ接收器组成㊂次声波传感器能够采集频率为０ ２０Ｈｚ的次声信号，并将其传送到次生波网络传输仪㊂次声波网络传输仪在接收到现场采集的次声信号后，会将模拟信号转换为数字信号，并传输到监控主机㊂ＧＰＳ接收器用于统一首㊁末站的时间㊂监控主机由计算机与数据采集卡组成，通过软件实现对数据的处理，并判断泄漏是否发生［４］㊂２㊀优化技术方案根据单传感器泄漏监测系统在实际应用中存在的问题，结合单传感器的系统原理，在原泄漏监测系统工艺设计的基础上，采用双传感器收集泄漏次声信号，即在监测管段的两端各安装一对次声波传感器，共４只传感器进行泄漏次声信号收集，远程终端采集两路次声信号，为避免２只传感器采集的信号相互干扰，采用多通道模数转化器顺序采集次声泄漏信号，并将带有ＧＰＳ时间标签的声波信号通过网络传输仪，发送给远端的数据处理服务器，完成信号分析及泄漏预警㊂双传感器设计方案通过计算泄漏信号经过２个相邻传感器的时间差来识别泄漏信号的方向，若长输管线分若干段监测，则单传感器无法判断信号源的方向，对于陆地管线和海底管线，调压㊁调泵㊁阀门动作来自泵站㊁场站或生产平台，一般位于两端监测传感器的外侧，监测外区域的管段，双传感器泄漏监测系统通过判断泄漏信号的传播方向可以屏蔽阀门动作㊁调压㊁调泵造成的干扰，最终进一步提高泄漏监测的性能㊂优化后次声波泄漏监测系统的结构如图１所示㊂双传感器结构是在单传感器泄漏监测系统的基础上，为了提高系统的干扰能力，优化设计的一种监测方案，其相对于单传感器最大的优势是对信号传播方向的确定，在进行泄漏报警和泄漏定位前，根据信号频域，对信号进行分类，根据泄漏信号的频域区间来识别泄漏信号㊂工作原理是：在监测管段的两端各图１㊀优化后的次声波泄漏监测系统结构安装２个同类型次声波传感器，当信号经过管段一端的２个传感器时，信号到达２个传感器的时间有先后，根据接收信号的时间，可以判断信号的来源方向［５］㊂次声波传感器是收集泄漏信号的核心部件，主要由压电转换器和信号调理电路组成，其结构可细分为３个部分：前腔耐压壳㊁敏感单元和前置放大器，当管道发生泄漏后，由于压力的变化，会在泄漏点产生一个脉冲次声波，当声信号传到次声波传感器后，会将脉冲压力传递给传感器的压电敏感元件，压电敏感元件将压力信号转化为点信号，再通过前置放大器初始脉冲点信号㊂图２为管道次声波传感器实物及内部结构㊂图２㊀管道次声波传感器实物及内部结构当数据处理器接收到次声波传感器发送的声波信号后，会对收集到的声波泄漏进行分析，这些信号一般会夹杂大量的噪声信号，包括管道背景噪声㊁仪㊀㊀㊀㊀㊀第３期于海涛等：管道次声波泄漏监测系统优化设计５１㊀㊀器噪声和随机噪声等，只有通过信号分析，对原始信号中的噪声信号进行过滤，才能有效分析泄漏信号，通过小波变化进行小波除噪是应用较广的方法，其基本思路是，将接收到的声信号分解到各个尺度中去，在每个尺度下，对信号进行分析，去掉噪声的小波系数，保留并增强泄漏信号的小波系数，最后，对各个分解的信号进行逆变换，根据原信号重构新的声信号，达到除噪的目的［６－７］㊂３㊀环路应用测试在实验环路上，对优化后的次声波泄漏监测系统进行性能测试，分别测试系统的定位精度㊁误报率㊁响应时间和最小可测孔径等关键性能指标㊂实验环路既可以模拟陆地管线也可以模拟海底管线，双传感器安装示意图，如图３所示㊂图３㊀安装双传感器系统实验环路示意图该实验场地有不同规格的管线，选取２条管线进行测试，具体参数见表１㊂表１㊀实验管线运行参数序号规格介质运行压力／ＭＰａ运行温度／ħ管线长度／ｋｍ１Φ３０４．８ˑ９．５水０．４ ０．８２５３．４２Φ３５．５６ˑ１２．７气０．８ １．２３５３．４３．１㊀输水管线模拟测试针对实验环路规格１２ｉｎ（１ｉｎ＝２５．４ｍｍ）㊁壁厚为９．５ｍｍ管线，将管道压力维持在０．４ ０．８ＭＰａ之间，输送介质为水，采用５㊁４㊁３ｍｍ３种孔径的泄放阀门，每次泄放时间为５ｓ，每次测试间隔３ｍｉｎ，每种孔径测试３０次，测试人员分２组，一组现场调节孔径，另一组远端监控，分别对泄放位置㊁定位精度㊁误报率㊁响应时间和最小可测孔径等进行记录，并对优化前后的数据进行对比，测试结果见表２和表３，系统监控界面如图４所示㊂表２㊀输水管线单传感器测试结果压力／ＭＰａ泄放位置定位精度／ｍ测试孔径／ｍｍ响应时间／ｓ误报率／％０．４监测管段之间５０５４８００．５监测管段之间９３４６７００．６监测管段之间１０５３１２８００．８监测管段之外３１００表３㊀输水管线优化后双传感器测试结果压力／ＭＰａ泄放位置定位精度／ｍ测试孔径／ｍｍ响应时间／ｓ误报率０．４监测管段之间３３５２４００．５监测管段之间３７４３１００．６监测管段之间３４３３８００．８监测管段之外３０图４㊀监控软件界面㊀㊀通过输水管线的测试结果可知，优化后的次声波泄漏监测系统可检测最小孔径为３ｍｍ的泄漏，误报率为０，响应时间ɤ３８ｓ，定位精度ɤ３７ｍ，相同工况条件下，双传感器系统的性能相对于单传感器有较大幅度提升，并且屏蔽了监测管段之外的阀门动作㊂３．２㊀输气管线模拟测试选择规格１４ｉｎ㊁壁厚为１２．７ｍｍ输气管线，将管道压力维持在０．８ １．２ＭＰａ之间，采用５㊁４㊁３ｍｍ３种孔径的泄放阀门，每次泄放时间为５ｓ，每次测试间隔３ｍｉｎ，每种孔径测试３０次，测试人员分２组，一组现场调节孔径，另一组远端监控，分别对泄放位置㊁定位精度㊁误报率㊁响应时间和最小可测孔径等进行记录，并对优化前后的数据进行对比，测试结果见表４㊁表５和图５㊂表４㊀输气管线单传感器测试结果压力／ＭＰａ泄放位置定位精度／ｍ测试孔径／ｍｍ响应时间／ｓ误报率／％０．８监测管段之间５７５２４００．９监测管段之间６４４３９０１．０监测管段之间９３３５９０１．２监测管段之外３１００表５㊀输气管线优化后双传感器测试结果压力／ＭＰａ泄放位置定位精度／ｍ测试孔径／ｍｍ响应时间／ｓ误报率０．８监测管段之间２８５１６００．９监测管段之间２５４１７０１．０监测管段之间２９３１８０１．２监测管段之外３０㊀㊀㊀㊀㊀５２㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｙ２０２０㊀图５㊀孔径为３ｍｍ输气管线监测信号波形㊀㊀由输气管线的测试结果可知，优化后的次声波泄漏监测系统可检测最小孔径为３ｍｍ的泄漏，误报率为０，响应时间ɤ１８ｓ，定位精度ɤ２９ｍ，相同工况条件下，双传感器系统的性能相对于单传感器有较大幅度提升，并且屏蔽了监测管段之外的阀门动作㊂４㊀结论根据优化后的次声波泄漏监测系统的测试结果，可以得出以下结论：（１）优化后的次声波泄漏监测系统，不仅适用于输气管线㊁输水管线，而且还可以进一步应用于输油管线，即可应用于单介质输送管线，是否适用于混输管线，还需要进一步验证㊂（２）重新设计后的系统，不仅可以有效屏蔽监测管段外调泵㊁调压和阀门动作的干扰，而且还提高了次声波泄漏监测系统的可靠性和定位准确性㊂（３）优化后的系统可实现孔径为３ｍｍ的微泄漏监测，系统的响应时间更短，定位更精确，而且相同工况条件下，该监测系统在输气管线上的应用效果更突出，即报警更准确，定位精度更高，响应时间更短，系统更可靠㊂参考文献：［１］㊀刘良果，梅茜迪．次声波的输气管道泄漏监测技术综述［Ｊ］．石化技术，２０１８，２５（１２）：２０３．［２］㊀谢含宇．基于经验模态分析的次声波泄漏检测技术研究［Ｄ］．西安：西安石油大学，２０１８．［３］㊀王振，王永强，王燕辉，等．长输油气管道泄漏监测预警技术分析及展望［Ｊ］．工业安全与环保，２０１８，４４（５）：７９－８１．［４］㊀田野．基于次声波的输气管道泄漏监测系统［Ｊ］．油气田地面工程，２０１６，３５（１０）：６７－７０．［５］㊀顾明生．管道泄漏次声波信号分析方法研究［Ｄ］．北京：中国矿业大学，２０１７．［６］㊀封超．双压力传感器泄漏检测系统探究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１６．［７］㊀李明军．基于短间距安装双传感器的管道泄漏检测系统［Ｄ］．北京：北京化工大学，２０１３．作者简介：于海涛（１９８７ ），硕士，研究方向为管道监检测，管道完整性管理，管道腐蚀评估㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：７９１６８９３９０＠ｑｑ．ｃｏｍ（上接第２６页）（３）基于３次内检测对比结果，认为北干线内外部金属损失在３次检测中的深度差均小于ʃ１０％ｗｔ，考虑到检测设备的精度误差，可认为对比的内部及外部金属损失无明显增长㊂（４）腐蚀生长速率没有明显变化，表明北干线的管道状况处于良好状态㊂（５）使用ＡＳＭＥＢ３１Ｇ方法对２０２８处金属损失进行剩余寿命预测，在最大允许操作压力下，没有金属损失需要在再检测周期内计划维修㊂５㊀结束语根据本次管道检测的完整性评价结果及ＧＢ３２１６７ ２０１５‘油气输送管道完整性管理规范“㊁ＧＢ／Ｔ２７６９９‘钢质管道内检测技术规范“中的相关规定，结合３次的检测结果以及管道运营的实际情况，并考虑到检测结果存在较多不确定因素，建议该管道每３ａ进行一次内检测，最长不超过８ａ㊂定期监测金属损失较严重腐蚀点的壁厚；定期进行清管作业，清除管道中存在的积液及杂质，提高管道输送效率，确保管道安全运行，及时排除整改隐患㊂参考文献：［１］㊀何宏，江秀汉，李琳．国内外管道腐蚀检测技术的现状与发展［Ｊ］．油气储运，２００１，２０（４）：７－１０．［２］㊀司永宏，刘子方，王恒，等．钢制埋地管道非开挖的检测技术［Ｊ］．中国特种设备安全，２０１２，２８（７）：３１－３３．［３］㊀王冲，张舒展，谢鹏．油气管道腐蚀监测技术［Ｊ］．全面腐蚀控制，２０１３，２７（９）：３７－４０．［４］㊀李雪辰，徐滨士，董世运，等．管道内壁缺陷无损检测技术［Ｊ］．无损检测，２００７，２９（１０）：６０３－６０６．［５］㊀王庆云．解析压力管道无损检测技术进展［Ｊ］．化工管理，２０１７（８）：１９７．［６］㊀郭爱玲．成品油长输管道完整性评价与维修响应［Ｊ］．石油库与加油站，２０１８，２７（３）：１１－１５．［７］㊀杨静，王晓霖，谢成．油气管道腐蚀缺陷维修响应决策［Ｊ］．油气储运，２０１７，３６（２）：１４９－１５４；１６０．作者简介：董欣（１９８９ ），工程师，硕士，从事地面集输研究工作㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄｘｉｎ１＿ｃｑ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ。

iSafe-LD100 次声波管道测漏系统方案建议书南京声宏毅霆网络科技有限公司地址:江苏省南京市高新技术开发区惠达路6号北斗大厦16楼邮政编码:210032目录1. 概述 (4)1.1 iSafe-LD100次声波管道泄漏监测系统简介 (4)1.2 iSafe-LD100次声波管道泄漏监测系统的原理 (4)1.3 项目简介 (5)2. iSafe-LD100泄漏监测系统设计 (6)2.1设计依据 (6)2.2设计原则 (6)3. 项目方案 (7)3.1系统效能 (7)3.2系统配置图 (8)3.3站场设备配置清单 (9)3.4系统功能说明 (10)3.4.1 ACU现场处理器 (10)3.4.2次声波传感器： (10)3.4.3GPS： (10)3.4.4泄漏监测服务器 (11)3.5系统硬件产品规格说明 (12)3.5.1 ACU产品规格如下： (12)3.5.2 监测服务器主机的产品规格如下： (12)3.6系统电气要求 (13)3.7系统通信要求 (13)3.8系统安装要求 (13)3.8.1ACU的安装 (13)3.8.2传感器安装 (13)3.8.3 GPS安装 (13)3.8.4泄漏监测服务器安装 (14)4.项目周期 (15)5.系统调试与验收 (16)5.1调试概述 (16)5.2出厂测试 (16)5.3管道泄漏实验 (16)5.4管道泄漏实验安排 (16)6.质量保证、售后服务 (17)7.培训 (17)1.概述1.1iSafe-LD100次声波管道泄漏监测系统简介iSafe-LD100管道泄漏监测系统，采用目前国际领先的次声波管道泄漏实时监测技术，能准确迅速地发现油气管道泄漏，并确定泄漏点位置。

iSafe-LD100系统具有灵敏度高、误报率低、定位精准等优点。

可应用于液相流、气相流、多相流、海底管道等不同工况环境中。

1.2 iSafe-LD100次声波管道泄漏监测系统的原理一般管道泄漏监测方法都是监控管道运行的各种物理量变化来判断管道是否发生泄漏，因此产生了流量法、实时模型法、负压波法等管道泄漏监测技术。

摘要：基于次声波传感技术日益成熟，已经有管道运行企业将此技术应用在输气管道泄漏在线监测。

通过远程实时监测气管道声音信号，进行数据分析，判断声音信号变化从而定位报警气体泄漏。

本文根据应用的次声波输气管道泄漏监测技术进行综合分析，提出：①几方基于次声波传感的监测技术，安装设置和工艺要求基本一致；②在一定压力下对于中间无工艺改变的直连管段有效监测距离可达50km;③在一定压力环境下能够监测露天孔径大于3mm的天然气泄放，定位误差30m左右；④不能表明对裂缝等管道失效能否有效监测，且未对埋地管道泄漏进行测试，不能明确当管道泄漏被土壤等外部因素干扰是否能够有效监测；当一段被监测管道相继出现多个失效点，造成泄漏，可能会出现漏报的情况；⑤信号识别和数据分析是基于能量释放，对微小渗漏等缓慢释放能量的情况，监测效果较差。

1背景近年来，随着泄漏监测技术的日益更新，有着多种方法成果应用，比如负压波法、声波法、光纤测温法等。

但是针对天然气管道，这几种方法应用遇到了诸多问题。

首先由于管道输送介质的特性，气体具有可压缩性，在油管道成熟应用的方法在输气管道应用效果不明显；其次光纤监测，前提一定要有敷设质量和运维良好的光纤，同时由于光纤灵敏度高，测温方式存在多种外部干扰，比如天气、农耕浇水等对监测效果有很大的干扰。

声波法，是目前国内比较推崇的方法，特别是次声波，次声的声 波频率很低，在20HZ 以下，波长却很长，同时 空气等对其吸收甚小，传播距离比一般的声波、光波和无线电波都要 传得远。

目前，国内几家 管道运行企业已经应用了基于次声波的输气 管道泄漏监测技术。

2技术原理2.1定位原理到A 传感器距离为X图1定位原理图根据多方所采用的输气管道泄漏监测技术， 其基本原理，即当管道泄漏时，在泄漏处将产 生能量释放，从而产生次声信号沿着管道内流 体 介质向两端传播，安装在管道两端的次声波 传感器能够捕获该信号到A 传感器时间为Tl 到B 传感器时间为TM主站软件信号处理系统数据采集设备 U A 传感器数据采集设备 泄遇点 B 传感器1通过对信号进行分析处理，从而确定管道是否发生泄漏，并通过计算泄漏信号到达相邻两个分站的时间差，准确计算出泄漏位置，定位原理如图1所示。

基于次声波的输气管道泄漏监测系统田野【摘要】为了有效地监测输气管道泄漏情况，设计了一套基于次声波的输气管道泄漏监测系统。

该系统利用次声波检测探测距离远、定位精度高的优势，采用惯性授时技术、PID滤波调整控制技术和自适应检测技术，提高了监测的准确性、灵敏度和信噪比。

在每个站场安装2个次声传感器实现方向性消噪功能，排除站内工艺操作影响。

现场试验表明，系统单站监测距离可达到52000 m，泄漏率为0.004%输量/8 MPa，泄漏点定位误差≤20 m；漏报率为零，全系统反应时间≤120 s，满足输气管道的安全运行要求。

%In order to effectively monitor the leakage of gas pipeline, a leak detection sys-tem based on infrasonic wave is designed. Using the detection distance, the advantage of high precision positioning,inertial timing technology,filtering PID adjustment control tech-nology and adaptive detection technology, improves the system accuracy, sensitivity and the signal-to-noise ratio. At each station installed two infrasound sensor achieve directional de-noising function, exclude the influence of process operation station. Field experiment show that system performance can be achieved single station monitoring distance: 52 000 m, leak-age rate: 0.004% transmission quantity/ 8 MPa;leak point positioning error:is equal to or less than 20 m;rate of missing report:zero. system reflect time: less than or equal to 120 s, meet the requirement of gas pipeline transfer safety operation.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2016(035)010【总页数】4页(P67-70)【关键词】次声波;输气管道;泄漏监测;传感器;精度【作者】田野【作者单位】中国石油西部管道公司【正文语种】中文西气东输一线、二线、三线输气能力为770× 108m3/a，为20个省、直辖市供气，惠及4亿人口，对于优化我国能源消费结构、缓解天然气供应紧张局面发挥了重要作用。