输油管道泄漏检测的系统设计

（ ４） 其中 Ｆ —压缩系数，Ｐａ－１；
ρ０ —标准密度，Ｋｇ／ｍ３； ｔ —液体温度，℃； 再得出 ｋ＝１／Ｆ （２） 油品密度ρ受温度影响较 大，它与温度的关系式为： ρ（ｔ）＝ρ－ξ（ｔ－２０） （ ５）
点，即可以由粗及精逐级分析信 号，也可以看成用基本频率特性 为φ（ω）的带通滤波器在不同尺度 下对信号作滤波。在输油管道的 上、下游站分别安装压力变送器 采集压力波，当监测到负压波后， 把信号传输到监控中心，确定各 自的负压波拐点对应的时刻，两 值相减即得负压波传播到上下游 的时间差［７］。
４ 构建管道泄漏监测系统
４．２ 系统软件的设计与构成 该系统是具有动态泄漏监测
能力的ＳＣＡＤＡ （Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）系统。通过实 时的数据采集、传输和处理，实现 在线的泄漏检测和定位，其算法 模块结构和流程如图 ３。
监测系统的软件主要包括以 下几个功能模块：数据采集与变换 模块，可以采集负压波信号，并将 信号转换成二进制格式保存；Ｇ Ｐ Ｓ 校时模块；数据传输模块，使用 ＲＴＵ 解决远传问题；数据处理及诊 断模块，在监控中心进行小波变 换、滤波等处理，确保能准确找到 压力拐点对应的时刻；泄漏点定位 程序；数据保存模块；历史数据分 析程序等。系统软件使用基于虚
工况名称 关阀门 开阀门 停泵 启泵
实验序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
图３ 数据处理模块图
表 １ 现场泄漏检测结果
实验次数 5 5 5 5
报警次数 0 0 0 0
表 ２ 现场泄漏定位结果
误报率% 0 0 0 0
定 位 点 Km 绝 对 误 差 /Km 相 对 误 差 /%
20.32 20.12 21.05 20.35 20.98 20.25 20.88 20.86 20.94 21.08

较 快 的一 种 Ｍｏｂ ｓ Ｔ Ｐ技 术 的 管 道 远程 监 控 系 统 是 基 于 ｄｕ， Ｃ
目前 发 展迅 猛 、几 乎 广 泛 应 用于 所 有 领 域 且 开 放 的 Ｔ ＣＰ，Ｊ 术 ， 应 用 层 采 用 工 业 控 制 领 域 标 准 的 、 Ｐ技 开 放 的 Ｍｏｂ ｓ协 议 ． 使 用 户 彻 底 摆 脱 了 非 标 准 ｄｕ 的 、封 闭 的 专 用 工 业 控 制 网 络 和 现 场 总 线 技术 的 束 缚 。 该 协 议 主 要 应 用 于 Ｉｔｒｅ ｎｅｎ ｔ和 Ｉｔ ｎ ｔ中 。 其 ｎｒ ｅ ａ 传 输 距 离 长 、传 输 速 度 快 ，应 用 非 常 广 泛 。 本 文 通 过 将 Ｍｏｈ ｓ协 议 和 Ｔ Ｐ／Ｐ铷 议 相 结 合 ，实 现 了 ｄ ｎ Ｃ Ｉ
中图分类号 ： Ｅ ７ ． Ｔ ９３ ６
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：ｌ０ — ２６ （０ ７ １ ００ 一 ４ ０ １２ ０ ２ ０ ）０ — ０ １ｏ
换 ． 促 进 了此 协 议 在 油气 输 送 管 道 远 程 监 控 系 统 中
的应 用 。
０ 引 言
随着 长 距 离 油 气 输 送 管 道 的 进 一 步 增 加 ，需 要 投 人 大量 的 人 力 和 财力 对 管道 进 行 集 中监 控 ， 以保 证 其 安 全 运 行 。 但 通 常管 道大 部 分 处 于 自然 环 境 恶 劣 、交 通 不 便 的 地 区 。 如 果 在 这 些 地 方 建 立站 场 ，
１ Ｍ ｏ ｂ ｓ与 Ｍｏ ｂ ｓ ＴＣＰ协 议 ｄｕ ｄｕ ，
１１ Ｍｏ ｂ ｓ 议 Ⅲ ． ｄｕ 协
Ｍｏ ｂ ｓ起 初 是 Ｓ ｈ ｅｄ ｒ 属 的 Ｍｍｉｏ ｄｕ ｃｎ ｉｅ 下 ｉ ｎ公 司 ｃ

2012年12月第40卷第23期机床与液压MACHINE TOOL ＆HYDRAULICS Dec．2012Vol.40No.23DOI ：10．3969/j.issn.1001－3881.2012.23.029收稿日期：2011－11－16基金项目：河北省教育厅青年基金项目（2010206；2011243）；北京市教委科技计划资助项目（KM201211232008）；廊坊市科技支撑计划项目（2012011010）作者简介：李迎春（1976—），女，博士，讲师，主要从事DSP 技术及其应用研究。

E －mail ：lycfxj@ 。

输油管道盗警信号基站实时监测系统设计李迎春1，王玉峰1，付兴建2(1.北华航天工业学院电子工程系，河北廊坊065000;2.北京信息科技大学自动化学院，北京100192)摘要：为解决输油管道沿途盗油的难题，设计了管道盗警信号实时监测系统中的基站单元。

选取压电加速度传感器采集管道应力波信号，设计了A /D 与单片机、单片机与DSP 的接口电路，并给出了基站系统工作的软件编程流程图。

实验结果验证该基站系统的软硬件设计合理可行。

该系统成本低、功耗小、使用方便、灵活，有广阔的应用前景。

关键词：盗警信号；实时监测；MCU ；DSP ；提升小波中图分类号：TP391文献标识码：B文章编号：1001－3881（2012）23－108－4Design of Base-station System Monitoring in Real-time for Stealing Oil Signal of PipelineLI Yingchun 1，WANG Yufeng 1，FU Xingjian 2（1.Electronics Engineering Department ，North China Institute of Astronautic Engineering ，Langfang Hebei 065000，China ；2.School of Automation ，Information Science and Technology University ，Beijing 100192，China ）Abstract ：To solve the problem of the stolen events along pipeline ，the design of basic-station system monitoring in real-time for stealing oil signal in pipeline was presented．Firstly ，piezoelectric acceleration sensor was selected to collect stress wave signal．Sec-ondly ，the interface circuit design about A /D and MCU ，MCU and DSP were designed．Finally ，the software flowchart was given．Ex-perimental results demonstrate that the software and hardware design is feasible．This basic-station system is low cost ，low consump-tion ，easy to install and convenient to use ，which has broad application prospects．Keywords ：Stealing oil signal ；Monitoring in real-time ；MCU ；DSP ；Lifting wavelet由于管道在运送石油等物品方面所具有的独特优势，管道运输在经济和国防建设中发挥着重要作用。

基于次声波的海底输油管道泄漏监测系统实施摘要：通过次声波传感器，数据采集处理器以及GPS/北斗卫星同步接收装置安装，服务器以及监控主机部署。

在服务器上安装服务器主站软件，监控主机上安装监测软件。

针对不同孔径模拟泄放测试获取数据，对系统算法进行优化。

最终采用12mm和6mm泄放孔径进行测试表明，次声波泄漏监测系统能够有效进行报警，响应时间小于120s，定位精度可达±50m。

关键词：次声波泄漏监测输油管道实施海底管道是海洋油氣资源输送的生命线，承担着原油、天然气以及水的输送重任。

海底管道在服役过程中，由于腐蚀、工程质量、第三方破坏和自然与地质灾害等多方面原因，时常发生事故。

海底管道一旦泄漏，轻则造成停产，引起经济损失;重则产生环境污染，破坏海洋生态[1-2]。

海底输油管道采用管中管形式，光纤类泄漏监测方法无法实施。

次声波泄漏监测技术由于仅在管道两端安装传感器和分析处理装置，同时次声波波长长，传播距离远，因此可以用于在役海底输油管道的泄漏监测。

1 硬件设施安装某海底输油管道，长度约69 km，平台端输送压力3MPa，登陆终端压力0.5MPa。

通过现场调研，进行系统安装设计。

次声波泄漏监测系统由一个负责数据处理的主站和一个负责数据采集的分站组成。

主站一般布置在用户的中心控制室，它由一台高品质的数据服务器、专业的控制软件和信号处理软件、报警系统和通信系统组成，分站是系统的现场单元，它由高精度次声波传感器、音波放大器、信号采集分析系统和通信系统组成[3]。

实施过程中进行如下安装工作。

对于平台端：（1）安装次声波测漏传感器，并将电缆连接到数据采集分析器。

（2）中控室安装分站数据采集处理器，包括：数据采集系统、数据处理系统、通信系统等部分。

（3）在中甲板安装GPS/北斗卫星同步接收设备，并将GPS信号电缆铺设至分站数据采集处理器。

对于登陆终端：（1）安装两支次声波传感器，分别使用电缆连接到中控室内数据采集处理器;（2）中控室安装分站数据采集处理器，包括：数据采集系统、数据处理系统、通信系统等部分。

仅供参考[整理] 安全管理文书油气管道泄漏检测技术综述日期：__________________单位：__________________第1 页共18 页油气管道泄漏检测技术综述摘要：简单说明了油气长输管道泄漏的原因和泄漏的危害，简单回顾了国内外油气长输管道泄漏检测技术发展的历史，详细介绍了热红外线成像、探地雷达、气体成像、传感器法、探测球法、半渗透检测管检漏法、GPS时间标签法、放射性示踪剂法、体积或质量平衡法、压力波法、小波变换法、相关分析法、状态估计法、系统辨识法、神经网络法、统计检漏法和水力坡降法等20多种管道泄漏检测技术方法，同时介绍了泄漏检测方法的诊断性能指标和综合性能指标，最后指出了现在存在的问题和发展的趋势。

关键词：油气；长输管道；泄漏；原因；检测方法；性能指标；问题；发展；趋势油气长输管道发生泄漏的原因多种多样，但大致可以分为：(1)管道腐蚀：防护层老化、阴极保护失效,以及腐蚀性介质对管道外壁造成的腐蚀和传输介质的腐蚀成分对管道内壁造成的腐蚀；(2)自然破坏：由于地震、滑坡等自然灾害以及气候变化使管道发生翘曲变形导致应力破坏；(3)第三方破坏：不法分子的盗窃破坏,施工人员违章操作,野蛮施工造成的破坏；(4)管道自身缺陷：包括管道焊接质量缺陷,管道连接部位密封不良,未设计管道伸缩节,材料等原因。

油气管道泄漏不仅给生产、运营单位造成巨大的经济损失，而且会对环境造成破坏、严重影响沿线居民的身体健康和生命安全。

1检漏技术发展历史国外从上个世纪70年代就开始对管道泄漏检测技术进行了研究。

早在1976年德国学者R.Isermann和H.Siebert就提出以输入输出的流量和压力信号经过处理后进行互相关分析的泄漏检测方法；1979年第 2 页共 18 页ToslhioFukuda提出了一种基于压力梯度时间序列的管道泄漏检测方法；L.Billman和R.Isermann在1987年提出采用非线性模型的非线性状态观测器的检漏方法；A.Benkherouf在1988年提出了卡尔曼滤波器方法；1991年Kurmer等人开发了基于Sagnac光纤干涉仪原理的管道流体泄漏检测定位系统；1993年荷兰壳牌(shell)公司的x.J.Zhang提出了统计检漏法；1999年美国《管道与气体杂志》报道了一种称作“纹影”(Schlieren)的技术，即采用空气中的光学折射成象原理可用于管道检漏；2001年Witness提出了采用频域分析的频域响应法，其基本思想是将管道系统的模型转换到频域进行泄漏检测和定位分析；2003年MarcoFerrante提出了采用小波分析的方法，利用小波技术对管道的压力信号进行奇异性分析，由此来检测泄漏。

S53 、 S54 进行设置 , 使 RIN G 信号的断续时间落在 S51 、 S52 、 S53 、 S54 所设置的区间 。按照我国标准 , 设置 S51 = 20 ,S52 = 30 ,S53 = 90 ,S54 = 110 ,其流程图如图 3 所示 。
( 2)
泄漏监测部分的软件设计是基于虚拟仪器开发平台
0 引 言
管道泄漏是管道事故中最严重事故之一 。输油管道 具有分散性大 、 地域跨度大等特点 , 为了能及时详细掌握 管道的运行状况 ,必须对输油管道沿线设立监测点进行实 时监测 。各监测点将数据传向上位主机进行数据汇总分 析 。本文研究的数据传输接口的功能是控制各监测点独 立采集数据并将数据传输到上位主机进行分析 , 从而对各 监测点附近的泄漏点进行定位 。由于各监测点所采集的 数据量较小 , 传输距离远且对传输数据速率要求不高 , 系 统利用现行公用电话网就能满足数据通信要求 。由于电 话线路分布广 , 现有建设基础好 , 租用费用低且无需额外 维护 ,使得整个监测系统成本保持很低 。
Abstract : The basic p rinciple of t his system is using suctio n wave to detect t he point of leakage o n oil pipeline , and t here are Modem Chip 73M2901CL and Cygnal C8051 F series Microchip in making up of an Embedded Data Acquisitio n and Transmission System. This system , which is also called low po sition co mp uter , is f ulfilled data acquiring and t ransmitting. Meanwhile , t he high po sition co mp uter can communicate wit h low po sitio n comp uter via p ublic telep ho ne network by using LabView , and t hese acquired data will be p rocessed by t he Toolbox of Small Wave Analyzing in MA TL AB. After completing t he p rocess mentio ned above , t he point of leakage o n oil pipeline can be detected. The whole system is co mpact , and can solve t he p ro blem of data acquisitio n in t he p rocess of detecting point s of leakage o n oil pipeline. Besides , t he system is eco nomic , and according to t he operation in real sit uation , t he effect is very good. Keywords :LabV IEW ; leak detectio n ; data t ransmission ; A T commands ; wavelet ana- 2 n ( 3)

管道泄漏监测系统技术方案1.综述1.1.光纤传感简介激光光纤传感法的监测原理为管道泄漏引起附近的光纤温度变化，最终通过激光技术来探测引起光纤感温的部位，采用软件分析激光的变化特性从而确定管道泄漏的部位。

传感器为光纤，目前的一般探测长度可达到30km--60km。

当光纤传感器受到温度变化、物体运动(比如径向或轴向压缩、拉伸和弯曲等)或声信号(如应变波或声发射波)的扰动时，传感器的响应将是扰动引起光纤敏化部分的函数。

目前光纤传感器的响应频率范围为0.1Hz～100kHz。

基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统利用通信干线光缆中的2芯作为基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统的传感兼通信光纤，和管线同沟埋地敷设，与管道间距≤500mm；探测专用线具有耐高温的特点，可以用于高温环境下的通信和温度监测。

管道泄漏监测系统可以监测输油管道、天燃气管道的泄漏，并提出预警，使工作人员可以及时采取措施，防止危险行动进一步发生。

管道泄漏监测系统的传感器是光学器件，不受电磁干扰，因此该系统测试灵敏度较高，同时可使用现有直埋通信系统光缆进行监测，大大降低工程费用。

1.2.管道泄漏监测系统技术介绍光纤具备造价低廉、耐腐蚀、长距离敷设无须现场供电等优点，监测原理采用基于分布式光纤传感技术。

利用基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统可连续监测沿光缆方向管道的温度变化情况确定发生泄漏的部位。

基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统利用光纤的布里渊散射原理，针对各种事件引起的土壤温度不同的特点，通过对各种事件引起的土壤温度变化的捕捉分析来判断和报告各种事件的发生，及时提醒工作人员到现场了解情况，从而阻止事件的进一步发展。

管道泄漏监测系统，利用通讯光缆作为探测工具，由光纤测温主机（光纤线型感温探测器AP658-03B、管道泄漏监测系统、服务器、机柜）和探测专用线（铠装光缆）等部分组成，可实时的不间断的监测天然气管道泄漏危害现象，并能准确无误的指出泄漏或发生故障的地段，确保传输的安全。

与控 制 中心 的系统 时 间 的统一 。
Ｕ Ｐ公 司 膜 技 术 应 用 于 页 岩 气 处 理 Ｏ
霍尼 韦 尔旗 下的 Ｕ Ｐ公 司于 ２ １ Ｏ ０ ０年 ７月 ２ 日宣布 ， 公 司的 Ｓ ｐ ｒｘ膜 系统技 术 被 选 用 于 页岩 气处 ９ 该 ｅ ａｅ
理， 用于从 加 拿 大不 列颠哥 伦 比亚 省发 现 的 大型 页岩 沉积 层 中生产 的 天然 气 中去 除污 染物 。
术 作为标 准 时 问源 方法来 统 一各 子 站计 算机 的基 准
时问 ， 而 达 到 各 监 控 子 站 与 中心 站 的 时 钟 同 步 。 从
即在控 制 中心安 装 Ｇ Ｓ卫 星 同 步 时钟 接 收 器 ， 接 Ｐ 该 收 器实施 接 受 Ｇ Ｓ同步 卫 星 时 间信 息 ， 以接 收 到 Ｐ 并
漏 发生 时 的报警 也 会不 准 ； 二 ， 第 由于计 算机 本 身 的 守 时性 不好 ， 易 因 为 时 间不 准 确 而造 成 授 时 监 控 容
系统 的不稳 定 ， 甚至 导致 系统 混 乱 。 针对 这 一 时控 缺 陷 ， 多方 调 研 、 经 论证 ， 定 在 决 某 油 田“ 某线 ” 漏 检 测 工 程 中采 用 Ｇ Ｓ授 时 技 某 泄 Ｐ
第２ ８卷第５期
雷 超 ： 油管道 泄 漏检 测 系统 的设 计 与优化 输
２ １
作 为标准 时 问源来 校 正各 子 站 计 算 机 时钟 ， 方 法 该 由于投资 低 、 作 维护 简单 而 得 到广泛 应 用 ， 这 种 操 但
校时 方法存 在 很 多 局 限 性 。第 一 ， 种 时钟 校 准 系 这 统 只能 在 它 自身 的 网络 中进 行 校 时 ， 能 跟 外 部 统 不

１ ２ 压 力波法
在管道 发生泄 漏时， 泄漏 处 由 于突然物 质损 失， 泄漏点 处会产 生一个 向上 游 、下游 传播 的减 压波， 称之 为 负压波 。如 果在 管道 两端 设置 压力 传感 器检 测 到负压 波， 根据 负压波 的传播 速度 及波 到达管道 两端 的时 间差， 就可 以判 断 泄漏 并对泄漏进 行定位 ， 负压波法 是 目前 国际上广 泛重视 的管道 泄漏检测 和漏 点定位 方法 。为 了提 高泄 漏检 测 的灵敏 度， 天津大 学 精密 仪器 与光 电子 工程 学 院提出运用 相关技术 对管道两 端传感 器接 收的信号 进行相关 分析， 相关 分析 法 对于 已存在 的 固 定泄 漏 及缓 慢 、没 有 明显 负 压 波 出现 的 泄漏 则 失效 。
１输 油管 道泄 漏检 测技 术综 述 １ １声学法 当管道发 生泄漏 时， 内高 压流体 由破 裂处喷 出， 管 由于与管壁 的相互 作用， 产 生一个 高频 的振动 噪声， 以应 力波 的形式 沿管壁 传播 ， 管壁 的阻尼作 用使得 只有 一 定的频 率 的波才 能传 播较 远距 离， 这与 管道 的振 动模 型有 关 。管道泄 漏 声信号 属于连 续声 发射信 号， 通过 设置好 的传 感器可 以接 受到 这种声 波， 从 而探 测泄 漏， 并进行 定位 。当泄漏 产 生的噪 声较微 弱 时， 由于应 力波衰 减 的影 响， 能够检测 到 的距 离 受到 限制 ， 若要对 长距 离的 管道检 漏则 必须沿 管道 安装 许 多传感 器， 这种方 法成 本很 高， 对于 埋地 输油 管道， 阻尼 作用更 加 明显 ， 该方 法 不 适于 埋 地 输 油管 道 的检 测 。
１３ Ｐ ． Ｐ Ａ法
等组 成 。传感 器 即压力 变送 器用 来 采集 管道 末端 动态 压力 ， 采集 的动 态压 力 通过 安装在 工控机 上的数据 采集 卡转化 为数字信 号， 工控 机不断采 集被监测 信 号， 即实时监测 管道运 行状况， 综合运 用各种 方法对 管道泄漏 进行预 报警， 如果 发现 有 泄漏迹 象 ， 用本检 测 系统进 行 泄漏 检测 。调制 解 调器和 网络 通信 线 应 路是用 来 实现信 号 网络传输 的物 理设 备， 系统 具有 网络功 能， 以将 各个站 点 可 间的采 集数据 通过通 信线路 互相传递 ， 并且 可将传 递的数据 通过服 务器进行 分 析处 理 ， 析处 理结 果通 过 网络 回传 到服 务器 站 点并 显示 在 Ｉ 分 Ｅ浏览 器 中。 ３ ２ 检测 系统 的模 块构 成 ． 本 泄漏检测 监系统主 要 由以下几个模 块构成 ：１数据采 集及保 存模块， （） 进 行泄漏 检测 首先应采 集各个 站点 的压力信 号， 并将 压力信号 的变化情 况显示 出 来， 信号 以图形 形式显示 ， 隔一段 时间就将 数据保 存一次， 每 供可 能发生 的泄漏 检测和 定位 使用和 查阅历史 数据 ：２ 泄漏判 断模块 ， （） 泄漏 判断部分 综合运用 各 种方法 等对采集 到 的工况数据 进行分 析判 断， 定是否有 泄漏发 生 ：３ 网络 通 确 （） 讯模 块， 将各 站 点的流量 数据 传至 服务器 ， 系统对 数据分 析判 断是否 有泄漏 发 生 ：４漏 点定 位模 块， （） 漏点定 位部 分是本 系统 的关键 部 分， 点定位 部分运 用 漏 了小波 变换 能准确地 检测 出信号 的奇异 点的特性， 在实际应 用中能精 确地定 出 泄漏 点 的位置 ： ５ 数据 文件 操作 模块 ， （） 文件 操作 模块 包括 数据 文件删 除 、文 件复制 、打印输出等功 能 。 ３ ３ 检测 系统 的技 术实 现 ． 该检测 系统 的三 大功 能 （ 信号 的采集 与控 制 、信号 的分 析与 处理 、结果 的表达 与输 出） 由计 算机来 实现， 计算机 上配置 数据采集 卡， 软件在屏 幕上生成 仪器 功能 按钮， 软件 来进行 信 号分析 和处 理， 用 实现传 统仪 器功 能 。泄漏 检测 系统 的 开发软 件 应具有 数据 采 集 、图形 编程 接 口、信 号分 析和 处理 等功 能， 经过 遴选 选择 了 Ｍ ｔ ａ 作 为开 发软件 ， ａ ｌｂ 近年 来， ａ ｌｂ已经 从最初 的 “ Ｍｔａ 矩阵 实验 室 ” 渗 透到 科 学 与工 程 计算 的 多个 领 域 ， 自动 控制 、信 号处 理 、神 ， 在 经 网络 、模糊逻 辑， 小波 分析等 多个 方 向都有 着广 泛 的应用 ， 使得 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ在 许 多学 科领 域 中成 为科 学 研究 和应 用 开发 的 基本 工 具和 首选 平 台 。 另一方面 ， Ｎ Ｅ Ｎ Ｔ Ｉ Ｔ Ｒ Ｅ 技术 已成为新 型系 统开发 的标准 平 台， 它具有 界面友 好 、分 布 性强 、 业务 扩 展简 单 、维 护方 便 等特 点， 是各 种 ｗ ｂ系 统开 发 但 ｅ 程序 对数 值计 算分 析 能力和 数据 处 理结 果的 输 出能力 较差 ， 理起来 相 当复 处 杂 、繁 琐 。 因此 ， 实现基 于 ｗ ｂ的远 程 监测 、 分析 与 诊 断系 统具 有 …定 要 ｅ 的难 度 。 应时代 科技 的发 展， ａ ｈ ｏ ｋ 公司开 发 了基于Ｍ ｔ ａ ｅ Ｓ ｒ ｅ 顺 Ｍ ｔｗ ｒ ｓ ａ ｌｂ Ｗｂ ｅ ｖ ｒ 的开 发环 境， 以在 浏览 器上 直接输 出 Ｍ Ｔ Ａ 可 Ａ Ｌ Ｂ的计 算结 果和 图形 。因此 ， 通 过 Ｍ ＴＡ Ａ Ｌ Ｂ的Ｗ ｂ 用， ｅ应 利用 Ｉ ｔ ｒ ｅ 将 异地检 测 数据发 送给 Ｍ Ｔ Ａ ｗ ｂ ｎｅｎｔ Ａ Ｌ Ｂ ｅ 服务 器， 并借 助 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ强大 的计 算与 绘 图功能 、大 量稳 定可 靠 的算法 库 和工 具 箱， 获得 数据 分析 结果和 相应 图形 结果， 并通过 网络 将在 浏览 器上直 接输 出数

***石油管道自动化监测巡检系统设计方案西安山脉科技有限公司2019年4月目录第1章.项目背景 (2)第2章.项目概述 (2)2.1.概述 (2)2.2.目的 (2)第3章.需求分析 (3)3.1.行业现状 (3)3.2.信息化建设需求 (3)第4章.系统总体设计 (5)4.1.总体描述 (5)4.2.功能设计 (6)第5章.建议 (9)第1章.项目背景石油管道具有管径大、压力高及输送量大等特点，由于管道防腐覆盖层逐渐老化突发性的自然灾害以及人为的打孔盗油现象，导致石油泄漏时有发生，严重地威胁了石油管道输送线路的安全，并导致了原油损失、环境污染以及停产停输等一系列严重后果。

传统的对石油管道泄漏进行检测的方法往往是通过探测仪和人力巡逻的方法，由于依靠人力不能实时地对石油管道进行全面监控，所以并不能有效地保证管道线路的安全。

因此，要对石油管道的安全状态进行实时动态监测、定位预警、智慧巡检、实现数字化、可视化、实时化管理，切实的提高紧急故障处理的能力和协调水平。

第2章. 项目概述2.1.概述为了保证石油管道线路的安全运输可采用基于物联网模式、大数据分析、无线通信终端的石油管道在线监测运维系统，使得泄漏能被及时发现，并采取补救措施，从而达到降低企业经济损失、减少环境污染的目的。

用智能运维系统代替传统的人工巡检，降低成本、提高工作效率以及服务水平，使企业能够及时、准确、全面的掌握各条管道线路的详细信息。

在日常监测、巡检工作的同时完成管线资产的清查管理，实现在网设备的全生命周期管理。

2.2.目的通过石油管道自动化监测巡检系统可以实现石油管道状态的实时监测、定位报警、自动化巡检考核、远程运维、多样化报表统计等功能。

在有效防治泄漏、偷油的情况下也大大节省了人力，给管理者带来了更高效便捷的成本、安全控制体验。

第3章. 需求分析3.1.行业现状1、石油在我国的发展中占有十分重要的地位，石油的泄露（或不法分子偷油行为）不仅仅造成环境的污染甚至爆炸火灾，还造成了石油资源的浪费，因此必须要加强对石油运输管道泄露风险的监测和控制，并采取一些应对之策，以确保石油管道的安全运行。

石油管道泄漏检测与预警系统设计随着全球经济的快速发展，石油成为了人们日常生活和工业生产中不可或缺的能源。

然而，石油管道泄漏事故的频发给环境和社会带来了严重威胁。

因此，石油管道泄漏检测与预警系统的设计变得至关重要。

1. 引言石油管道泄漏事件带来的环境破坏和经济损失是无法估量的。

有效的泄漏检测与预警系统可以及时发现和反应泄漏情况，并采取适当的措施来防止事故的发生。

本文将探讨石油管道泄漏检测与预警系统的设计以及关键技术。

2. 系统设计原则（1）可靠性：石油管道涉及大量资金和重要资源，因此泄漏检测与预警系统必须具备高度的可靠性，确保在各种异常情况下能够正常工作。

（2）实时性：泄漏检测与预警系统需要能够实时监测管道的工作状态，及时发现并报告任何异常情况。

（3）准确性：系统设计必须具备准确的泄漏检测能力，能够确定泄漏点以及泄漏的数量，及时采取措施阻止泄漏物质的扩散。

（4）可扩展性：石油管道网络的规模庞大，因此泄漏检测与预警系统应具备良好的可扩展性，能够适应不同规模管道网络的需求。

3. 关键技术（1）泄漏检测传感器：安装在管道上的泄漏检测传感器是系统的核心组成部分。

传感器可以通过多种技术实现泄漏的检测，如声学检测、压力变化检测、振动检测等。

选择一个合适的传感器对于系统的准确性非常重要。

（2）数据采集与处理：泄漏检测传感器采集到的数据需要进行处理和分析，以确定是否存在泄漏情况。

数据采集与处理的过程需要使用适当的算法和模型，以提高检测的准确性和可靠性。

（3）通信与监控：泄漏检测与预警系统需要具备实时的通信能力，将检测结果传输到中央监控中心或操作人员手中。

这可以通过无线通信技术实现，如Wi-Fi、蓝牙等。

同时，监控中心应具备友好的界面和直观的图表，以便操作人员及时了解管道状态。

（4）预警措施：一旦发现泄漏情况，系统应能够及时采取措施进行处理。

这可以包括自动切断管道供应、自动喷水降低燃烧风险等等。

预警措施的设计应根据管道特点和泄漏严重程度进行合理选择。

管道泄漏检测、泄漏检测方法与泄漏检测技术北京科创三思科技发展有限公司一、管道泄漏检测随着我国工业生产的迅猛发展，油气管道的建设同步进入高速发展期，目前我国油气管道保有量已有数十万公里，油气管道的平稳运行已经成为石化企业的重要工作。

由于管道的自然腐蚀、盗油盗气分子的人为破坏，管道发生破损泄漏的危险日益加大，管道泄漏除了油气介质的直接损失之外，还造成严重的环境污染，土地从此无法种庄稼，河流海洋无法进行渔业养殖，天然气的泄漏还可能引发爆炸。

管道泄漏检测是在管道发生泄漏的初期，发出泄漏报警，使线路维护人员能迅速到达泄漏现场进行维护处理，避免发生更加严重的后果。

管道泄漏检测技术的研究从上世纪九十年代开始，历经二十年，已经有放射物检测法、质量平衡法、电缆检测法、微波探测、磁场感应传感器探测法、红外探测法等多种直观、简单的方法被淘汰，现在行业中有三种方法被广为介绍：光纤检漏法、负压波法、次声波法。

二、管道泄漏检测方法2.1、光纤检漏法：根据Joule-Thomson效应原理，当管道发生泄漏时，泄漏源附近的温度会相应降低，监视该局部温度变化，可以对泄漏进行监测和定位。

光纤光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)传感器基于波长调制技术，将被测应变和温度的变化转化为光栅中Bragg波长的变化，通过解调得知被测参量的信息。

它是一种点式准分布测量技术，该技术利用FBG作为传感器，平行铺设在天然气管道附近，检测管道由于泄漏、附近机械施工和人为破坏等事件产生的压力、振动和温度信号，通过匹配光栅法和自动识别技术检测管道泄漏并进行定位。

光纤法具有测量精度高、长期稳定性好、传输距离远、数据采集实时性好、抗电磁干扰、本质防爆等优点。

根据这个原理，光纤法应该是非常有效并且定位准确的，但存在以下几个问题：①当泄漏量较小时，泄漏源附近温度变化较小，对光纤传感器的检测灵敏度要求相当高，在现役管道上，已经铺设的光纤是否满足要求，是一个需要确定的问题，满足要求的光纤成本也相应偏高。

（ １ ） 实 时模 型 法
实 时 模 型 法 是研 究 得 最 多 的 一 种方 法 ，它 应 用 实 时 诊 断 系 统与管道 Ｓ Ｃ Ａ Ｄ Ａ 系统 相 结 合 ， 进 行 动 态 泄 漏 检 测 。这 种 方 法 的 关 键 是 建 立 准 确 的管 道 实 时 模 型 。定 时 取 管 道 的一 组 实 测 参 数 作 为边界条件 ， 由 实 时 模 型 计 算 管 道 中流 体 的 压 力 、 流量值 ， 然 后 将 这 些 计 算 值 与实 测 值 作 比较 ． 当计 算 结 果 的偏 差 超 过 给 定 值 时， 即 发 出泄 漏 警 报 。 现 场 实 验 表 明 ， 目前 用 实 时模 型 法 能 检 测 出大 于 输 量 ４ ％的泄 漏 ， 定位精度较低 ， 不足 １ ０ ％。
（ ２ ） 质 量 平衡 法 基于质量守恒原理 ， 一条不泄漏的管道 ． 流入 与 流 出 的 质 量
流 量 必 相 等 。实 时测 出管 道 出 口与 入 口流量 。 有 一 定 的差 值 则 表 明管 段 内可 能 发 生 泄漏 。 由于 所 测 流 量 与 流 体 的 各 种性 质ｆ 如 温 度、 压力 、 密度 、 粘 度） 有关 ， 从 而使 情 况 变 得 复 杂 ， 在实际应用 中 需 要 进 行 修 正 。 由 于 管 道 瞬 态 工 况 会 影 响 流 量 变 化 及 准 确 测 量， 通常采用 累计平均值来 判断 ， 这使检测时间增长并 降低 了检 测 精 度 。故 采 用 质 量平 衡法 检 漏 时 ， 常需 配 合 使 用 其 他 方法 。
油气 管 道 完整 性 管 理是 近年 来 在 发 达 国 家 油 气 管 道 工 业 中 迅 速 发 展 起 来 的 现 代 安 全 管 理 体 系 。 这 些 国 家 大 量 的 油 气 管 道 已 使 用 多年 ， 进 入其设计寿命后 期 ， 存在不少事 故隐患 ， 需 要 加 强 安 全 管 理 。对 油 气 管 道 危 险 因 素 的 各 种 检 测 技 术 和 监 控 技 术 定 位精 度 相 对 较 低 ， 误报警率也较高。 （ 三） 石 油 输 送 管 道 泄 漏 负压 波 检 测 法 输 油 管 道发 生泄 漏 时会 导 致 该 点压 力 的 下 降 ．压 降 沿 管 道 向两 端 扩 散 而 形 成 负 压 波 ，其 传输 速度 与声 波 在 流 体 中 的传 播 速 度 相 同 。根 据 安 装 在 管道 上 、 下 游 的传 感 器 检 测 到 的 负压 波 的 时 间 差 及 负压 波 的传 播 速 度 ， 可 确 定 泄漏 的具 体 位 置 。 图 １ Ｏ ＿ ４为 负 压 波 法 检 漏 定 位 的 原 理 图 。 可 利 用 下 式 计 算 出泄 漏 点 的 位 置 。 ｘ ＝Ｌ？ａ ｆ ｌ ２ ７ ｔ １） ２式 中 Ｘ— — 泄 漏 点 至上

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。

浅谈石油管道泄漏的监测方法摘要：石油管道是我国重要能源物资运输的一个重要方面，但是在地下管道输油的过程中.容易遇到各种因素的影响.导致出现泄漏的问题.若是监侧不准确、不及时.将导致地下管道出现停输、油品损失等现象.并污染了环境.加强地下管道泄漏监侧就显得尤为重要。

本文简述石油管道泄漏常用监侧方法。

关键词：石油管道，泄漏，监测管道运输具有平稳连续，安全性好，运输量大，质量易保证，物料损失小以及占地少，运费低等特点，已经成为石油运输的首选方式，然而，由于管道服役时间不断增长而逐渐老化，或受到各种介质的腐蚀以及人为破坏等因素，会引起管道泄漏，严重威胁着输油管线的安全，及周围的自然环境，同时带了不可估量的经济损失，这就要求我们必须在石油管道运行过程中做好监测工作。

结合石油管道在实际应用中存在的问题，通过分析常用的石油管道监测技术，研究和设计出一种石油管道监测系统，利用石油管道监测系统，能够实现全自动的监测报警与定位，保证石油管道的正常运行。

1管道泄漏监测技术现状管道泄漏监测技术是指管道泄漏的实时在线检测技术。

管道泄漏监控(诊断)系统能否快速、准确、有效地检测出管道泄漏，可以从以下几个方面对其进行评价(1)泄漏监测的灵敏度；(2)泄漏监测的及时性；(3)泄漏识别的准确性；(4)泄漏定位的准确性；(5)泄漏监测系统的适应性；(6)泄漏监测系统的易维护性；(7)泄漏监测系统的性价比。

自20世纪70年代以来，国内外在管道泄漏监控(诊断)技术方面的研究工作不断进行，尝试了各种新方法和手段。

但由于管道类型的多样性(高压长输、中压配送、集输管网等)，输送介质的多样性(原油、成品油、天然气等)，管道所处环境(地上、管沟、埋地、海底、极地等)的多样性，以及泄漏形式的多样性(渗漏、穿孔、断裂等)，目前还没有一种通用的方法来解决管道泄漏监测的问题。

2管道泄漏监测技术2.1负压波法当管道发生泄漏时，泄漏处因流体物质损失而引起局部流体密度减小，产生瞬时压力降和速度差。

作者：王效东等摘要:简单说明了油气长输管道泄漏的原因和泄漏的危害,详细介绍了声发射技术法、GPS时间标签法、负压波法、压力点分析法、压力梯度法、状态估计法、神经网络法和统计检漏法等几种管道泄漏检测技术方法,最后指出了存在的问题和发展的趋势。

关键词:油气长输管道;泄漏;检测方法;性能指标1 泄漏检测技术方法根据检测过程中所使用的测量手段不同,分为基于硬件和软件的方法;根据测量分析的媒介不同,可分为直接检测法与间接检测法;根据检测过程中检测装置所处位置不同,可分为内部检测法与外部检测法;根据检测对象的不同,可分为检测管壁状况和检测内部流体状态的方法。

1.1 声发射技术法当管道发生泄漏时,流体通过裂纹或者腐蚀孔向外喷射形成声源,然后通过和管道相互作用,声源向外辐射能量形成声波,这就是管道泄漏声发射现象。

对这些因泄漏引起的声发射信号进行采集和分析处理,就可以对泄漏以及其位置进行判断。

当管道出现泄漏时,管道中的流体被扰动,接收换能器上的电压将发生明显变化。

通过采集若干个泄漏点电压变化量,描绘出泄漏点与电压变化量的关系曲线,并求出曲线对应的方程。

用这种方法,可以根据接收换能器上检测仪表电压的变化立即发现泄漏,进而根据拟合曲线或方程确定泄漏点的位置。

根据声速在介质中传播速度的公式可知,随着液体密度的增大,其声速也将增大。

例如,声波在水中的传播速度大约是在空气中的5倍。

由于原油的密度比水大,因而原油中的声速远远大于在空气中的声速,所以利用超声波实时监测输油管道的运行响应速度快、灵敏度高。

利用压电陶瓷制作的换能器成本低、功耗小,通过换能器所产生的超声波在液体中形成驻波,减少能量的损失,谐振信号强,有利于观察与记录。

在实验室中,通过测量得到不同泄漏点位置所对应的电压信号,描绘出泄漏点位置与电压信号变化量的曲线,进而得到其拟合曲线以及函数表达式,即可实时观测管道的运行,发现并确定泄漏点的位置。

1.2 GPS时间标签法采用GPS同步时间脉冲信号是在负压波的基础上,强化各传感器数据采集的信号同步关系,通过采样频率与时间标签的换算,分别确定管道泄漏点上游和下游的泄漏负压波的速度,然后利用泄漏点上下游检测到的泄漏特征信号的时间标签差,就可以确定管道泄漏的位置。

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