智能音波技術(shù)在油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

施曉紅

（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163416）

1 概述

天然氣管道具有高壓、易燃、易爆的特性，管道的安全管理極為重要，泄漏是管道運(yùn)行中最主要的安全隱患，尤其是天然氣、輕烴管道的泄漏將會(huì)造成中毒、火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故，而近年隨著腐蝕泄漏、人為打孔偷盜等問(wèn)題日益突出，加劇了管網(wǎng)安全運(yùn)行的嚴(yán)峻性。因此，確保管網(wǎng)運(yùn)行安全，是油田首要的政治責(zé)任、經(jīng)濟(jì)責(zé)任和社會(huì)責(zé)任。

智能音波管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)引入了先進(jìn)的信號(hào)處理、模式識(shí)別和人工智能技術(shù)，可監(jiān)測(cè)氣體、液體、氣液混合以及多相流管道，提高管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度、可靠性和穩(wěn)定性，降低誤報(bào)率，是目前最為先進(jìn)的第四代管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)。探討智能音波技術(shù)在天然氣管道在線泄漏監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并確定泄漏發(fā)生的位置，從而可以及時(shí)有效地進(jìn)行應(yīng)急處理，控制和減少因管道泄漏造成的損失。

2 智能音波油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

管道泄漏瞬間，輸送介質(zhì)在泄漏點(diǎn)產(chǎn)生具有一定特征的音波，并沿管道向兩端傳播。

采集終端通過(guò)安裝在管段兩端的傳感器接收到音波信號(hào)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后，與GPS時(shí)鐘一起通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器。

服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別處理（采用復(fù)雜統(tǒng)計(jì)模型的識(shí)別器），判斷管道是否發(fā)生泄漏，同時(shí)利用管段兩端數(shù)據(jù)采集處理終端接受到音波信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算出泄漏發(fā)生位置。

在每個(gè)環(huán)節(jié)利用人工智能技術(shù)過(guò)濾干擾，最終降低誤報(bào)率，提高了監(jiān)控精度。

3 智能音波油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

智能音波油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)采集處理終端、泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器和監(jiān)控終端，同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行需要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（運(yùn)行TCP/IP協(xié)議）支持。

3.1 數(shù)據(jù)采集處理終端

傳感器：實(shí)時(shí)將管道中的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸給前端處理模塊。天然氣輸送管道智能音波泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可采用定制的傳感器，有效解決微弱音波信號(hào)的捕捉問(wèn)題，為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

前端處理模塊：在微小泄漏孔徑的情況下，泄漏點(diǎn)產(chǎn)生的音波信號(hào)及其微弱，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸將進(jìn)一步衰減。前段處理模塊的功能就是信號(hào)的放大和噪聲抑制。

采集模塊：將信號(hào)做AD轉(zhuǎn)換，變?yōu)榭捎糜?jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)。

GPS：獲取精準(zhǔn)的時(shí)間，泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器用來(lái)計(jì)算泄漏位置。

采集主機(jī)：安裝采集程序，把音波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字域的多通道信號(hào)，再通過(guò)維納濾波、自適應(yīng)濾波等先進(jìn)的信號(hào)處理方法進(jìn)行預(yù)處理，去除背景噪聲和各種干擾信號(hào)，最后和GPS信號(hào)一起通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器。

3.2 泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器

泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器由硬件和軟件組成，硬件一般使用高穩(wěn)定性的服務(wù)器，軟件可選用 DOLPHIN SERVER V2.1。

硬件要求：Windows XP SP2，2.0 GHz Pentium IV，1GB RAM，4GB HDD Space

軟件功能：建立并維護(hù)各采集終端的通訊信道；利用各采集終端的 GPS時(shí)鐘信號(hào)對(duì)其發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確時(shí)間同步依據(jù)管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)比和匹配各采集終端的數(shù)據(jù)，判斷管道是否發(fā)生泄漏，并根據(jù)音波信號(hào)到達(dá)各采集終端的時(shí)間差，計(jì)算泄漏位置；保存原始數(shù)據(jù)以及中間數(shù)據(jù)，以便進(jìn)一步分析處理。

3.3 監(jiān)控終端

監(jiān)控終端安裝客戶端程序和人機(jī)界面程序（含底層組態(tài)軟件），實(shí)時(shí)顯示管道的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)及時(shí)報(bào)警。

可以配置多臺(tái)監(jiān)控終端與泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器相連，監(jiān)控終端也可和泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器共用一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

硬件要求：Windows XP SP2，800 MHz Pentium III，256M RAM，40M HDD Space

3.4 通訊系統(tǒng)

使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（運(yùn)行TCP/IP協(xié)議）。數(shù)據(jù)采集處理終端的數(shù)據(jù)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器，監(jiān)控終端與泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器也通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)相連接。

各個(gè)數(shù)據(jù)采集終端和監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器之間需要網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支撐，可以利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)應(yīng)有嚴(yán)格的數(shù)據(jù)完整檢查和出錯(cuò)重傳機(jī)制，保證每條數(shù)據(jù)都準(zhǔn)確可靠地傳遞。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可遠(yuǎn)程調(diào)試。

3.5 技術(shù)指標(biāo)：支持跨網(wǎng)段傳輸；支持復(fù)雜管網(wǎng)（樹(shù)狀、環(huán)狀等），在分支位置可以不設(shè)采集終端；可連接任意多采集終端；支持在線參數(shù)修改和音速校準(zhǔn)（不需要重新啟動(dòng)程序）；支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳。

結(jié)束語(yǔ)

利用貝加萊管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)對(duì)三條天然氣管道（最長(zhǎng)39.7公里），三個(gè)月的泄漏試驗(yàn)測(cè)試，該技術(shù)能夠及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)到所有管道泄漏事件，最小泄漏孔徑為3mm，對(duì)應(yīng)泄漏率0.2%；并能確定泄漏發(fā)生的位置，平均定位精度小于100m，檢測(cè)時(shí)間小于2分鐘，測(cè)試期間沒(méi)有發(fā)生誤報(bào)。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，安裝方便，易于推廣。

[1]萬(wàn)洪杰.孫凌云，張興武DOLPHIN智能音波管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].自動(dòng)化博覽2009年03期.

[2]《中國(guó)石油石化數(shù)字管道信息化建設(shè)論壇暨燃?xì)夤芫W(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)營(yíng)技術(shù)交流研討會(huì)論文集》[C].2009.

[3]郭文輝，曾憲云.工業(yè)安全與環(huán)保.管道泄漏檢測(cè)技術(shù)[J].2007年第33卷第2期.