一种流体泄漏在线监测和定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种全自动管道内流体泄漏在线监测和定位系统及方法，具体包括一套主站系统和两套或者两套以上的子站系统；其中每套子站系统包括次声波传感器、压力变送器、流量计、阀门、外部电源、数字化仪，通过对管道内音波等级评定，自动选择次声波法和(或)瞬态模型法进行泄漏报警和对泄漏点定位，相比现有监测定位系统，本发明专利技术提供的系统具有更高的定位精度，更高的准确性，更高的工况适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种流体泄漏在线监测和定位系统及方法
本专利技术公开了一种管道内流体泄漏在线监测和定位系统及方法，本专利技术属于流体输送压力管道泄漏监测定位

技术介绍
管道运行管理的核心是“安全和经济”。近年来，因为油气管道泄漏导致的灾难性事故频发，管道的安全运行和维护受到了威胁和挑战。因此需要使用先进的科学手段建立管道安全预报警体系，通过有效的技术手段对管道内流体泄漏事故进行实时监测，准确发出泄漏报警并快速定位，以便于生产单位启动相应的应急预案，并能够实现泄漏事件处理过程监控。要实现上述功能，首先需要通过技术手段持续监测管道内流体相关数据的变化，通过对管道内流体泄漏特征准确、快速的识别和提取，快速并准确定位泄漏位置。目前，管道内流体泄漏监测方法主要有：压力点分析法、负压波法、流量差监测法、光缆监测法等，这些方法只能判断管道内流体是否泄漏，无法准确定位流体的泄漏位置。近年来，次声波法(陈池等，油气田地面工程，2013年，第32卷，第4期，72-73页)被广泛用于定位管道内流体泄漏位置。通过检测管道内流体泄漏时产生的次声波信号到达检测器的时间，乘以流体内部次声波的传播速度，即可定位流体泄漏位置。但是，次声波信号受温度、压力、流速和密度等影响，波动较大，一旦工况发生改变，管道内的压力，流速会随之改变，管道内的噪音及泄漏特性随之改变，如不重新进行数据收集、数据分析、参数修改、泄漏特性分析，就会出现因参数不匹配，特征无法识别造成误报或漏报。瞬态模型法(孟令雅，北京交通大学学报，2008年，32卷，第3期，73-77页)主要是通过数值模拟预报管线检测点处的理论压力,与实际的测量压力进行比较,当两者之间的差值达到或超过某一个阈值时即认为管线发生了泄漏,然后通过定位公式对泄漏点进行定位，这种方法是目前国际上被广泛研究并且应用最多的管道泄漏监测方法，该方法在管道发生小泄漏时，很难检测到，即使检测到定位误差大。
技术实现思路
针对现有技术中，工况变化对泄漏检测及定位影响较大，本专利技术提供一种管道流体泄漏监测和定位系统及方法，通过实时监测管道内压力、瞬时流量，结合管道直径、管道内传输介质的密度、声音在管道中传播的速度、管道材料密度、声速在管道材质中传播的速度，气体的绝对温度，管壁厚度、管道粗糙度、修正系数建立模型，对管道内音波特性进行等级评定，通过评定等级对管道进行区别对待，调整系统参数，合理的识别管道内音波特性等级，通过权重分段算法计算泄漏点的位置。本专利技术第一个目的是提供一种管道流体泄漏监测和定位系统，如图1所示，具体包括：一套主站系统8和两套或者两套以上的子站系统，其中每套子站系统包括次声波传感器1，压力变送器2，次声波传感器球阀3，压力变送器球阀4，流量计5,外部电源6，数字化仪7，其中，次声波传感器1与数字化仪7通过数据线相连，压力变送器2与数字化仪7通过数据线相连，次声波传感器1通过管路与次声波传感器球阀3相连，压力变送器2通过管路与压力变送器球阀4相连，次声波传感器球阀3和压力变送器球阀4分别通过管路与主管路相连，流量计5与数字化仪7通过数据线相连，外部电源6与数字化仪7通过电源线相连。主站系统8用于接受和处理所有子站传输到主站系统8的数据，并向每个子站发送相应的指令，以及向操作人员提供关于管道的所有信息；每套子站中，次声波传感器1用来获取主管路中的次声波信号，压力变送器2用来获取主管路中的压力信号，次声波传感器球阀3和压力变送器球阀4用于管路连接，流量计5用来获取主管路中的流量数据，外部电源6用于给数字化仪7供电。本专利技术第二个目的是提供一种管道流体泄漏监测和定位方法，其具体实施步骤如下：当系统正常运行时，数字化仪7通过压力变送器2采集管道内压力数据p，通过流量计5采集管道内流体的流量数据Q，通过次声波传感器1采集管道内次声波数据，然后将采集到的压力数据p，流量数据Q，次声波数据加入全球定位系统(GPS)时间标签，用来排除网络链路延时对定位造成的影响，然后通过以太网或3G/4G使用TCP/IP协议传送给主站系统8，主站系统8接收到数据后，通过管道内音波特性等级评定公式计算得出Lnoise，经过次声波传感器增益调节公式得出次声波传感器增益Z＝5×Lnoise，并通过数字化仪将增益Z传送到次声波传感器，次声波传感器根据Z值调整增益，提高信噪比，使泄漏特征信号更容易识别。其中，管道内音波特性等级评定公式如下：其中其中，A为修正系数,该值为2.178，ε为管道粗糙度，d为管道直径，cw为管道材质中的声速，ρw为管道材料密度，s为管壁厚度，ρF为管道内传输介质的密度，p为管道内压力,通过压力变送器2采集,T为绝对温度，Q为管道瞬时流量，通过流量计5采集，π为圆周率。同时，设定音波特性等级低阈值LL＝400，音波特性等级高阈值LH＝600。当音波特性等级Lnoise<LL时，系统自动选择次声波法监测管道是否泄漏以及计算泄漏点距离最近子站的距离Sz，具体方法详见：陈池等，油气田地面工程，2013年，第32卷，第4期，72-73页；当音波特性等级Lnoise>LH时,系统自动选择瞬态模型法监测管道是否泄漏以及计算泄漏点到与之最近子站之间的距离Sz，具体方法详见：孟令雅，北京交通大学学报，2008年，第32卷，第3期，73-77页；当音波特性等级LL≤Lnoise≤LH时,系统同时选择次声波法和瞬态模型法监测管道是否泄漏，只有当两种方法都检测到泄漏时，系统才会发布泄漏警报并计算泄漏点距离最近子站的距离SZ＝GC×SC+GS×SS，其中，SC是通过次声波法计算的泄漏点距离最近子站的距离，SS是通过瞬态模型法计算的泄漏点距离最近子站的距离，本专利技术的优点是计算管道当前运行工况，主动调节次声波传感器增益，用来提高信噪比，泄漏特征信号更容易识别，并能根据音波特性自动选择次声波法和(或)瞬态模型算法，确保在不同工况下该系统都能准确进行泄漏判定和定位。附图说明图1是本专利技术提供的一种管道流体泄漏监测和定位系统的结构示意图。具体实施方式实施例1当系统正常运行时，数字化仪7通过压力变送器2采集管道内压力数据p，通过流量计5采集管道内流体的流量数据Q，通过次声波传感器1采集管道内次声波数据，然后将采集到的压力数据p，流量数据Q，次声波数据加入全球定位系统(GPS)时间标签，用来排除网络链路延时对定位造成的影响，然后通过以太网或3G/4G使用TCP/IP协议传送给主站系统8，主站系统8接收到数据后，通过管道内音波特性等级评定公式计算得出Lnoise，经过次声波传感器增益调节公式得出次声波传感器增益Z＝5×Lnoise，并通过数字化仪将增益Z传送到次声波传感器，次声波传感器根据Z值调整增益。当音波特性等级Lnoise<LL,系统自动选择次声波监测管道是否泄漏，当管道发生泄漏时，由主站系统8直接发布报警信号，并通过次声波法计算泄漏点到与之最近子站之间的距离SZ。实施例2当系统正常运行时，数字化仪7通过压力变送器2采集管道内压力数据p，通过流量计5采集管道内流体的流量数据Q，通过次声波传感器1采集管道内次声波数据，然后将采集到的压力数据p，流量数据Q，次声波数据加入全球定位系统(GPS)时间标签，用来排除网络链路延时对定位造成的影响，然后通过以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道流体泄漏监测和定位系统，其特征在于，具体包括：一套主站系统(8)和两套或者两套以上的子站系统，其中每套子站系统包括次声波传感器(1)，压力变送器(2)，次声波传感器球阀(3)，压力变送器球阀(4)，流量计(5),外部电源(6)，数字化仪(7)；其中，次声波传感器(1)与数字化仪(7)通过数据线相连，压力变送器(2)与数字化仪(7)通过数据线相连，次声波传感器(1)通过管路与次声波传感器球阀(3)相连，压力变送器(2)通过管路与压力变送器球阀(4)相连，次声波传感器球阀(3)和压力变送器球阀(4)分别通过管路与主管路相连，流量计(5)与数字化仪(7)通过数据线相连，外部电源(6)与数字化仪(7)通过电源线相连。

【技术特征摘要】
1.一种管道流体泄漏监测和定位系统，其特征在于，具体包括：一套主站系统(8)和两套或者两套以上的子站系统，其中每套子站系统包括次声波传感器(1)，压力变送器(2)，次声波传感器球阀(3)，压力变送器球阀(4)，流量计(5),外部电源(6)，数字化仪(7)；其中，次声波传感器(1)与数字化仪(7)通过数据线相连，压力变送器(2)与数字化仪(7)通过数据线相连，次声波传感器(1)通过管路与次声波传感器球阀(3)相连，压力变送器(2)通过管路与压力变送器球阀(4)相连，次声波传感器球阀(3)和压力变送器球阀(4)分别通过管路与主管路相连，流量计(5)与数字化仪(7)通过数据线相连，外部电源(6)与数字化仪(7)通过电源线相连。2.一种管道流体泄漏监测和定位方法，其特征在于：使用权利要求1所述系统，其具体操实施过程如下：计算管道内声波特性等级Lnoise，其中其中，A为修正系数,该值为2.178，ε为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，
申请(专利权)人：吉林省百瑞生科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22