多点分布式管道泄漏检测与定位系统.pdf

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1、化工自动化及仪表第38卷多点分布式管道泄漏检测与定位系统任枫轩李永星(河南职业技术学院机械电子工程系，郑州450046)摘要设计的多点分式管道泄漏监测系统由分布在管道上的监测分站和监测中心两部分组成。监测分站通过安装在管道上的压力传感器，分段检测管道内液体的压力变化，并将压力数据通过GPRS网络传回到远程监测中心，实现了野外无人值守作业。在做数据分析处理时引入了负压力波传播速度的实时修正和监测中心对各分站同步授时技术，使系统具有更快的响应速度和更高的定位精度，降低了误报率。关键词管道泄漏负压力波多点分布式GPRS通信检漏和定位中图分类号TP274文献标识码A文章编号1000-

2、3932(2011)04-0400-04管道在石油运输中发挥着重要的作用。但由于腐蚀、地质灾害及人为等因素，在长期运行过程中不可避免地发生破裂或穿孔等事故，导致高压流体在短时间内大量外泄并迅速扩散，造成了巨大的经济损失和环境污染，给输油管道运行安全带来隐患。因此，管道泄漏的及时发现和定位具有重要的现实意义。近年来国内外的泄漏检测方法从简单的人工分段沿管线巡视到较为复杂的人工智能监测法，以解决管道泄漏的实时报警及准确定位问题。负压力波检漏法只需检测压力信号，不需要建立复杂的数学模型，计算量小，适用于突发性泄漏场合，具有实现简单、检测精度高等特点⋯。我国已经在超过10Mm的原油管

3、道上安装了基于负压力波的管道泄漏检测系统，对管道的安全运行作用显著，但也普遍存在着定位精度低的问题，为此笔者提出了多点分布式管道泄漏监测与定位系统设计方案。1负压力波检测1．1泄漏检测和定位原理当输送管道发生泄漏时，以泄漏处为界，视输送管道为上、下游两段，由于输送管道存在内外压差，使得泄漏处的液体迅速流失，压力突降。以泄漏前的压力作为参考标准，泄漏时产生的减压波就称为负压波。该负压波将以一定的速度向管道两端传播，经过若干时间段后分别被上、下游的压力传感器检测到。根据检测到的负压力波的波形特征，就可以判断是否发生了泄漏，再根据负压力波传到上、下游传感器的时间差和负压力波的传播速

4、度就可以进行泄漏点的定位¨1。图1为两点式泄漏位置定位示意图，设管道全长为L，当管道在距离首站x处发生泄漏时，泄漏点处产生的负压力波将以速度a向两端传播，并分别被首、末站的动态压力传感器检测到。检测点PT检测点P：I首站泵房泄漏点7末站泵房图1两点式泄漏位置定位示意图具体定位公式为：X：—L_+a—At’(1)Z采用相关分析法对获取的负压力波进行泄漏检测和定位。相关分析法的基本思想是对上、下游的压力信号去除均值并求得差分信号后，实时计算其相关函数。对于首、末站两个动态压力信号戈。(t)、菇。(t)的时间差△t可以通过相关分析的方法进行计算，其互相关函数为：．+-屁(△I)=I

5、茗I(t)x2(t+At)dt(2)．卜。当管道未发生泄漏时，相关函数将维持在某一值附近。当发生泄漏后，理论上当At=At。时，R(△t)将达到最大值，即可确定两个信号之间的时间差。实际计算时，若选定采样周期为r，首、末站动态压力信号可分别表示为离散的茗。(n)、并：(rg)，其中n为整数。取相同时段采样点为Ⅳ的有限数据段进行相关运算，其互相关函数可表收稿日期：2010—11．11第4期任枫轩等．多点分布式管道泄漏检测与定位系统40l示为R(m)=i1∑并。(J1)髫：(n+m)，其中m是整』Y^；u数。计算出R并取最大值的点m=m。，即可得到两个信号的时间差m。T，将时间差

6、代入式(1)中即可确定管道泄漏的位置口1。1．2存在的误差由式(1)可知，要精确定位需要得到时间差△f，这个参数的准确度将会影响整个系统的测量精度。同时波速口也不是常量。由于压力传感器本身的测量精度和灵敏度，在负压力波经较远距离到达管道两端的检测点时，会发生衰减，甚至消失，对一些微小的泄露不能做出准确的判断。由于泄漏信号的传播与介质的弹性模量、密度、内耗以及形状大小等物理特性以及管道的材料及弹性模量、管道内壁光滑度、管道长度、上下游的运行压力和运行温度等有关，因此定位时有必要实时监测泄漏信号在管道中的传播速度。2系统组成及工作原理在传统的负压力波检漏和定位系统中，信号经过长距

7、离传输，在抵达管道两端时会发生严重的衰减，受传感器灵敏度的限制，影响了系统检测的精度，为此提出了多点分布式的解决方案，在整条管道上布置多个监测点，以解决信号经长距离传输过程中出现的衰减问题。系统由监测分站和远程监测中心两部分组成，充分考虑到数据采集点多且分散野外的特点，系统借助先进成熟的GPRS传输技术，实现监测分站与监测中心的数据传输。具体结构如图2所示。、．‘r⋯。．1垩壁鉴型主：尘卜⋯一j中苇卒P。液体管道P：Pn圈2系统结构监测分站点负责采集安装在石油管道上的压力传感器输出的压力信号，并将这些信