《自动化仪表》第 12 卷第 // 期 1..3 年 // 月 基于 !"#$%&’ 的输油管道泄漏监测系统 !"#$%&’ (")&* +,-&./%)0.1 +1)2&3 04 !&"5"6& 7&2&82%09 %9 :%; <."9)-0.2"2%09 =%-&;%9& 吴海霞 蒋耘晨 （北京理工大学信息科学技术学院电子工程系，北京 ()))*(） 摘 要 系统采用三点一线式 +,-.- 结构，集传感器技术、虚拟仪器技术和无线通信技术为一体，完成输油管道的泄漏检测。采用瞬 态负压波法和压力流量综合法进行泄漏诊断；利用 !"#$%&’ 软件，开发系统平台；运用 +/! 数据库结构，进行数据管理，再现泄漏记录， 回放历史数据；利用无线通信网络对各现场工作站的数据进行传递，并实现局域网内对管道的监测。 关键词 管道 泄漏检测 +,-.- 系统 !"#$%&’$ - 0&"1"2& 3&4&54%67 8984&: ’%4; 4;<&&=>6%74 "73 67&=0%7& +,-.- "<5;%4&54?<& @6< 6%0 4<"78>6<4"4%67 >%>&0%7& ’"8 "556:>0%8;&3 A B;& 8984&: %7= 4&2<"4&3 8&786< 4&5;760629，C%8?"0 %784<&88?<& ’"C& "73 ><&88?<&=@06’ ;9#<%3 3%"27684%5 :&4;638 ’&<& ?8&3 A B;& 8984&: 86@4’"<& >0"4@6<: ’"8 3&C&06>&3 ’%4; !"#$%&’A E9 :&"78 6@ +/! 3"4"#"8& 840"9&3，"73 ;%846<%5"0 3"4" ’&<& <&>0"9&3 A E9 ?8%72 ’%<&0&88 56::?7%5"4%67 7&4’6<1，<&"0=4%:& 3"4" @<6: &"5; ’6<184"= 4%67 ’&<& 4<"78@&<<&3，"73 3&4&54%67 @6< ’;60& 6%0 4<"78>6<4"4%67 >%>&0%7&8 %7 !-F ’"8 "5;%&C&3 A ()*+,%-# G%>&0%7& !&"1"2& 3&4&54%67 +,-.- 8984&: . 引言 管道输送作为一种重要而经济的运输方式在世界 各国的石油化工行业得到了广泛应用，对世界经济的 发展起着越来越重要的作用。但是随着管线的增多， 管道的老化以及其它自然或人为等原因导致管道事故 频频发生，不仅严重地影响了正常的生产，甚至造成了 环境污染及易燃物质流失引起的火灾事故。因此管道 的维护管理、防止泄漏、及时检漏，已成为迫切需要解 决的问题，引起世界各国的高度重视。与发达国家相 比，我国石油管道运输起步较晚，自动化管理水平较 低，辅助监测系统也尚未完全具备。 本文采用 +,-.-（8?>& =>9;5:<8>;!;=6>，?,@ 0 12，>,0 //，>,A0 ，1..3 ˝ • ‰ ˚ 

钟，使服务器获取标准时间。然后通过网络同步所有 工作站的时间，从而使整个网络的时钟保证准确一致。 具体实现方法是利用 !"#$%&’ 的时间同步函数，使各 个工作站每隔一定周期读取一次服务器的系统时间来 校正自己的系统时间。 ! " # 软件的实现 软件分为工作站和服务器两个部分。 工作站负责信号的采集、处理以及本站各参量信 号的实时显示，并通过通信网络将数据传送给调度室 服务器。它由独立运行的压力、温度、流量处理模块和 负压波检测模块以及数据库操作模块三部分组成。 服务器主要完成对各工作站的实时监测、泄漏报 警、泄漏点定位、历史数据查看和打印等功能。数据的 存放采用数据库结构，站点的历史数据分别存放在各 自的数据表里；每个站点对应一个泄漏数据表；各个站 点的参数设置和泄漏时间分别存放在两个数据表里 面。服务器由显示各站点实时数据模块、泄漏诊断模 块和数据库管理模块组成。 管理站利用 !"#$%&’ 的网络发布功能，通过网络 可在任何一个地方对现场数据进行实时监测。 # 检漏与定位 管道泄漏监测是多学科知识的综合。检测方法有 多种，一般分为直接检测和间接检测［(］。由于管道材 质、油品质量、环境因素、输送工艺、泄漏形式等的多样 性，目前尚未有一种简单、可靠和通用的方法解决泄漏 问题［)］。因此通常根据现场情况结合多种方法进行泄 漏诊断。 # " ! 瞬态负压波定位 所谓负压力波实际上是在管输介质上传输的声 波，传播速度等于 声波 在管输介质上的传播速度［*］。 当管道发生泄漏时，由于管道内外的压差，泄漏点的流 体迅速流失，压力下降，泄漏点两边的流体由于压差而 向泄漏点补充。这一过程迅速向上下游传递，相当于 泄漏点处产生了以一定速度传播的负压力波。根据泄 漏产生的负压力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计算出泄漏点的位置。 传统的定位公式为［+］［*］［,］ ! " # $ %!& ( （+） 式（+）中，! 是泄漏点距离首站的位置；# 是管道首末站 的总长度；% 是管道内压力波的传播速度； !& 是上、下 游传感器接收到压力波的时间差。 基于 %&’()*+ 的输油管道泄漏监测系统 吴海霞，等 %（ ’） " ! + $ (（ ’）)" (（ ’） + * （ ’） , - + . + （(） 式（(）中：% 是管内压力波的传播速度；( 是液体的体 积弹性系数； 是液体的密度；* 是管材的弹性模量； " 是管道约束条件，是 , 是管道直径；- 是管壁厚度；.+ 与油温等因素有关的修正系数。 由于在实际工程中无法得知管道沿线的温度分 布，因此，也就不能确定管道沿线的压力波的波速，从 而无法用传统的定位公式（+）进行定位。为了提高定 位的精度，并且在工程上又比较容易实现，我们采用了 一种线性模型来修正传统定位公式。该模型假设压力 波的传播速度是泄漏位置 !（距离首站的距离）和时间 & 的线性分布。 # " # 瞬态负压波检漏 利用逻辑判断方法检测负压波，具体方法如下： 在工作站上，每 - . +/ 取一个压力值，放入一个 (-- 维 的栈中，形成 (-/(-- 个数的历史数据段。取这 (-- 个 数的均值和最小值，均值与最小值的差值再乘以报警 阈值修正系数得到报警阈值。每一个新进栈的压力 值与其前 (-- 个数的均值进行比较，变化值如果超过 报警阈值，则报警级别升高一级。如果报警级别连续 升高达到所设定的报警级别阈值，则判断发生泄漏。 同时把报警级别为 + 时对应的时间作为泄漏时间，供 服务器定位使用。调整报警阈值修正系数和报警级 别阈值的大小可以调整系统报警的压力灵敏度及时 间灵敏度。 # " $ 压力流量综合检漏 为了减少误报率，采用了压力流量综合检漏法。 首先利用瞬态负压波法检测到压力下降，然后计算压 力下降发生时一段时间间隔内首末站流量差的变化 率，如果该变化率超过前一段相同时间间隔内首末站 流量差的变化率，则认为发生泄漏，系统报警。本系统 检测 ) 分钟内首末站流量差的变化率。调整该值的大 小可以改变检漏的灵敏度。 $ 虚拟仪器平台 利用 !"#$%&’ 软件开发了系统平台。图 ( 为调度 室服务器平台的主界面，该界面右上角的电子地图直 观地反映了管道的地理走向和各个加热站的位置，管 道上按每一公里的间隔均匀排列的指示灯实时地反 映着泄漏位置和工况状态。左上角为管道各种参数 的显示。界面下半部分为虚拟示波器，实时显示管道 压力波的波速计算公式为［,］ 上各个现场工作站的压力、流量、温度和首末两站的 +, ˝ • ‰ ˚ 

《自动化仪表》第 &’ 卷第 (( 期 &%%! 年 (( 月 流量输入差。泄漏发生时，系统发出声音报警，并显 示出泄漏位置和泄漏发生时间，电子地图上相应位置 ! 结果与讨论 的灯闪亮。 图 ! 调度室服务器主界面 图 " 为现场工作站平台主界面。该界面右上角显 示本站报警阈值设置和输差等状态。左上角为管道压 力、流量和温度的数字及仪表显示。界面下半部分为 虚拟示波器，实时显示现场工作站的压力、流量、温度 变化曲线。 由图 ! 可见在管道某处 #$ 分钟内连续 " 次放油 的监测过程。观察左下半图的 % 个虚拟示波器上的压 力曲线，清晰可见放油时压力的下降变化及 " 个向下 的波形从放油点（第 " 个压力虚拟示波器）向首末站传 播的过程，即负压波的传播过程。观察右下半图的两 个虚拟示波器上的流量和输差曲线，清晰可见放油时 首站流量增加，末站流量减小，首末两站的流量输差明 显增加。这些变化趋势与资料分析完全一致［#］。 在多次放油实验中，压降最大不超过 $ &$$’()*、 持续时间最大不超过 %’+ 系统就发出报警，并在服务 器上显示泄漏发生的时间和位置，电子地图上表示该 位置的灯闪亮；报警时原油泄漏量小于管道流量 !, ； 泄漏点定位误差小于管道总长度的 !, 。压力流量综 合诊断模式较好地降低了误报率。 参考文献 # 江秀汉，李林，孟立宏 - 长输油管道自动化技术 - 西北工业大学出 版社，!$$$ ! 税爱社，周绍骑，李林生，等 - 输油管线泄漏诊断的 ./010 系统实 现 - 仪器仪表学报，!$$#，!!（%）："# 2 "! " 唐秀家 - 流体管道泄漏检测 理 论 及 原 油 集 输 管 网 监 测 - 天 津 大 学，#33’ % 靳世久，王立宁，李健 - 瞬态负压波结构模式识别法原油管道泄 漏检测技术 - 电子测量与仪器学报，#33’，#!（#）：43 2 5% 4 王立坤，周琰，金翠云 - 输油管道新型泄漏监测及定位系统的研 制［6］- 计算机测量与控制，!$$!，#$（"）：#4! 2 #44 修改稿收到日期：!$$% 7 $# 7 $4。 第一作者吴海霞，女，#35’ 年生，#334 年毕业于北京理工大学电子工 程系，获硕士学位，讲师；主要从事传感器技术、计算机控制技术与微电 图 " 工作站主界面 子技术的科研与教学工作。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! " ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " !4 "# 基础设施集团将重要保护和生产力技术带到中国 "# 基础设施集团举办“科技创造未来”活动，展示 $% 个新兴技术 本刊讯 89 是业务涉及技术、金融服务以及媒体的多元化公司。从制造飞机发动机、发电机到提供金融服务、医疗 成像、电视节目乃至塑料产品，89 致力于通过多种技术和服务创造美好生活。今天，89 的经营范围遍及全球 #$$ 多个国 家，拥有超过 "$ 万雇员。 89 基础设施集团是一个高科技平台，包含 89 数个最高速发展的业务部门。这些全球性的业务部门提供一整套的 基础设施保护和生产力解决方案，为一些行业所面临的最困难的问题提供解决方案：纯净水，安全的工厂，厂房自动化和 生产环境下的传安应用。89 基础设施集团中国区成立于 !$$% 年，从而更好地服务中国市场。该集团中国区总部在上 海，全球总部在康奈提格州的威尔顿。 " ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " )*+,#-- ./0+1.02+3 23-0*/1#30.02+3，456 7 &’，357 ((，3587 ，&%%! ## 月 ’ 日，89 公司基础设施集团宣布将四个高科技解决方案带到中国：(:;<=>?(，家用饮用水系统；89 和中国电信目 前正在探讨在家用安防系统及服务系统领域建立战略合作关系；@