CN112711844A - 一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法及系统 - Google Patents
一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112711844A CN112711844A CN202011558734.3A CN202011558734A CN112711844A CN 112711844 A CN112711844 A CN 112711844A CN 202011558734 A CN202011558734 A CN 202011558734A CN 112711844 A CN112711844 A CN 112711844A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- leakage
- pipeline
- sound wave
- time
- real
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 32
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 18
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D5/00—Protection or supervision of installations
- F17D5/02—Preventing, monitoring, or locating loss
- F17D5/06—Preventing, monitoring, or locating loss using electric or acoustic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
- G06F16/60—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of audio data
- G06F16/68—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually
- G06F16/683—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually using metadata automatically derived from the content
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/14—Pipes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Library & Information Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
Abstract
本发明提供了一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，包括如下步骤：步骤1：监测管道是否产生管道破裂音波信号；步骤2：监测管道运行参数传递给现场数据采集器；步骤3：判断管道是否发生泄漏；步骤4：若管道发生泄漏则计算泄漏位置；步骤5：计算泄漏流量。步骤6：判断是否启动自动处理系统；步骤7：将计算泄漏位置、泄漏流量以及处理状况在显示器中进行显示；本发明音波测漏的误差在±30m以内；实时瞬态计算系统能够模拟管道的实际运行状况，精准计算泄漏流量，提供泄漏量预测功能；本发明设有自动处理管道泄漏功能；总体上，本发明提供的德控多原混合监测系统，能够提供反应快速、高精度的泄漏定位、泄漏量预警以及自动处理措施。
Description
技术领域
本发明涉及管道泄漏技术领域，具体为一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法及系统。
背景技术
管道运输是一种长距离输送流体的运输方式，具有运输量大、经济、安全、可靠和可实现自动控制等特点，是继铁路、公路、水运、航空运输之后的第五大运输业；随着社会经济的发展，管道运输在我国的能源运输领域占据越来越中要的地位。
由于管道老化、环境恶劣和人为破坏等因素，输运管道会出现泄漏状况。输运管道距离长、管线结构复杂、沿途环境变化大，因此管道泄漏的监测一直是管道运输中的难点和焦点；目前应用广泛的管线测漏手段主要有五种：声学特征技术法、基于稳态或瞬态模型监测法、管壁参数变化检测法、铺设电缆或分布式光纤法和化合物(如放射性、同位素)示踪法等；管壁参数变化检测法、铺设电缆或分布式光纤法和化合物示踪法由于使用局限性大，因此范围有限，效果较差；本发明将声学特征技术法与基于瞬态模型的监测法相结合，开发出一种混合监测系统，用于精准监测管道泄漏、预警泄漏量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，包括如下步骤：
步骤1：将若干音波传感器安装在待测管道两端，对管道运行进行监测，获取管道运行参数，同时监测管道是否产生管道破裂音波信号；
步骤2：在待测管道两端设置流量计，用于获取管道的流量参数；将监测到的流量及步骤1中监测的管道运行参数传递给现场数据采集器，用于后续实时瞬态模拟系统的运用；
步骤3：判断管道是否发生泄漏；
步骤4：若管道发生泄漏则计算泄漏位置；
步骤5：检测出泄漏位置后基于守恒方程与嵌入模型，实时瞬态模拟系统根据输入参数模拟计算泄漏流量。
步骤6：比较计算泄漏流量大小与设定泄漏流量阈值，判断是否启动自动处理系统；若泄漏量超过阈值，系统启动泄漏自动处理系统；自动关闭阀门，减小泄漏损失；
步骤7：将计算泄漏位置、泄漏流量以及处理状况在显示器中进行显示；
优选的，通过GPS同步设备根据卫星时间对在整个管道运行监测的过程中的所有监测设备进行时间同步，确保监测过程中的每次数据采集没有时间差。
优选的，通过GPS同步设备对泄漏位置进行定准GPS定位，使用户快速确定泄漏地点，进而减小泄漏损失。
优选的，步骤1中，监测管道是否产生管道破裂音波信号的方法为：在管壁破裂的瞬间，由于管道破裂处流体的压力骤降，因此管道内流体产生压力差，进而产生音波；此音波以声音的速度沿管壁向上下游传递；因此，音波传感器接收到音波信号，即视为管道可能发生破裂的标志。
优选的，音波信号传感器内置压力传感器和温度传感器，用于获取管道运行参数实时状态参数，包括进口压力、进口温度、出口压力和出口温度。
优选的，步骤3中；判断管道是否发生泄漏包括如下子步骤：
S3.1：若管道发生泄漏，音波传感器将接收到泄漏产生的音波信号，并将音波信号传递给现场数据采集器；现场数据采集器对接收到的信号进行初步过滤和分析；过滤掉接收信号中的系统噪声、意外的干扰噪声；
S3.2：通过数字滤波后，将过滤后的音波实时信号与数据库种的标准泄漏信号进行相关性比较，如果相关性超过设定阈值，则将它设置一个数字标志；将音波的移动平均值与代表流体损失的第二阈值进行比较，如果超过阈值，则设置第二个数字标志；如果同时设置两个数字标志，则音波警报泄漏监测系统声明有可能发生了泄漏事件，并将过滤后带有时间标志的音波信号传递给中央集算处理器，以作进一步分析和计算；
S3.3同时，现场数据采集器将接收到的管道实时运行参数，包括压力、温度和流量，传递至计算设备中，计算设备中设置数据库模块，用于存储管道运行参数和计算参数。
现场数据采集器中内嵌超过15种不同算法的信号过滤计算程序，能够过滤掉接收信号中的系统噪声、意外的干扰噪声等；且现场数据采集器内嵌强大的数据库，数据库中包含了190多种泄漏信号模型；
优选的，步骤4中，中央集算处理器根据管道两端音波传感器接收信号的时间差计算泄漏位置，具体方法为：根据音波的传递规律，若进口端音波传感器接收信号的时间为t1，出口端音波传感器接收信号的时间为t2，两者的时间差Δt＝|t1-t2|，则泄漏位置的计算公式为：
其中，式(1)中S为泄漏位置，V为音波的速度，L为待测管道长度。
优选的，步骤5中；将步骤4中确定的泄漏位置，作为输入参数传输至实时瞬态模拟系统；系统接收泄漏信号后，从数据库中调取管道实时状态参数，主要包括：进口压力、进口流量、进口环境温度、进口介质温度、出口压力、出口流量、出口环境温度和出口介质温度；基于守恒方程与嵌入模型，实时瞬态模拟系统根据输入参数模拟计算泄漏流量；
包括如下子步骤：
S5.1根据流体运动的质量守恒方程和动量守恒方程，建立管道的计算模型，质量守恒方程和动量守恒方程分别为：
其中式(2)(3)中ρ为密度，v为速度，t为时间，P为压力，λ为沿程阻力系数，d为管道直径，α为管道倾斜的角度，g为重力常数。
S5.2采用半隐式离散方法，分别对空间项和时间项进行离散，偏微分方程离散为Ax＝B的矩阵计算形式，其中：
S5.3为保证计算的准确性，实时瞬态计算系统嵌入多个独立开发的子模型，解决由于管道结构的复杂行引起的计算精度低的问题，其中包括：管道弯头模型、渐缩渐扩管道模型、温度对管道弹性模型的修正模型等。
S5.4在大量实验和计算的基础上，选用水锤公式作为实时瞬态计算系统的泄漏量计算模型，泄漏量计算公式为：
其中，式(6)中ML为质量流量，A为管道截面积，a为音速，ΔP为泄漏点前后的压差。
优选的，利用C++程序编写上述模型的求解器；程序将求解结果传入数据库中供后续自动处理系统和显示使用。
一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理系统，包括音波接收装置、现场数据采集器、GPS时间同步设备和中央集算处理器；所述音波接收装置连接现场数据采集器，用于全天候实时接收并监控管道内产生的动态音波信号并将信号传递给现场数据采集器；现场数据采集器连接中央集算处理器，用于将接收的音波信号进行过滤和识别，并将带有时间戳的信号传递给中央计算处理器；中央计算处理器用于进一步汇集和分析音波信号，判断管道是否发生泄漏，并快速计算泄漏位置；GPS时间同步设备用于将现场所有采集数据处理器与卫星时间保持同步运行；
还包括实时瞬态计算系统及泄漏自动处理系统，实时瞬态计算系统用于计算泄漏流量；泄漏自动处理系统用于当泄漏流量超过阈值时，自动控制关闭阀门，减小泄漏带来的损失。
优选的，还包括与现场数据采集器连接的中央数据库服务器、泄漏量模拟工作站、泄漏量模拟自动备份伺服机、显示服务器；
所述中央数据库服务器作为数据存储设备，用于存储整个系统中所有的监测和计算的数据；所述泄漏量模拟工作站用于计算管道泄漏状态的泄漏流量，泄漏量模拟自动备份伺服机用于备份保存待测管道模拟计算数据；显示服务器安装在管道控制室，用于显示监测和模拟数据、预报警告和自动处理泄漏信息。
与现有技术相比，本发明提供了一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法及系统，具备以下有益效果：本发明采用的音波测漏设备具有精度高、反应迅速等特点；根据实验和实际运行结果，音波测漏的误差在±30m以内，测量精度远远高于实际工程标准；由于音波测漏设备仅提供泄漏定位的功能，因此将实时瞬态计算系统与音波测漏设备相结合；实时瞬态计算系统能够模拟管道的实际运行状况，精准计算泄漏流量，提供泄漏量预测功能；本发明设有自动处理管道泄漏功能，当发生的泄漏量大于设定值时，系统自动启动阀门关闭系统，减小泄漏损失；总体上，本发明提供的德控多原混合监测系统，能够提供反应快速、高精度的泄漏定位、泄漏量预警以及自动处理措施。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的系统控制程序流程图；
图2为本发明实施例的系统配置结构图；
图3为本发明音波测漏系统原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3，本申请主要包括四个部分：
第一部分为音波测漏装置，主要布置音波传感器、现场数据采集器、GPS时间同步设备和中央集算处理器等；管道发生泄漏时，由于泄漏位置存在压力的骤变，因此会产生音波。音波向上下游传播，因此待测管道两端的音波传感器能够检测到音波信号，GPS时间同步设备将现场所有的数据采集装置进行卫星时间定位，确保所有采集信号时间同步；音波传感器将检测到的音波参数传递给现场数据采集器；现场数据采集器利用信号过滤程序对采集的音波信号进行相关性过滤和初步分析，得到带有时间戳的数字信号，传递给中央集算处理器。中央集算处理器将接收的数字信号与数据库中的泄漏信号进行比对，判断是否发生泄漏，并根据信号接收的时间差计算泄漏位置。
本部分的意义在于通过音波设备监测管道的实时运行工况，判断管道是否发生泄漏，如果发生泄漏，则迅速定位泄漏位置，为后续计算提供基础。
第二部分为实时瞬态计算系统，主要设备有：进口流量计、出口流量计。本部分计算所需参数包括待测管道两端：压力、温度、流量等参数。管道两端的压力和温度参数由第一部分中的音波传感器获取，流量参数由流量计获取。该部分中的参数传感器在管道运行时，实时获取管道运行参数，并将参数存储于数据库中。
当泄漏发生后，第一部分的音波测漏设备计算出泄漏位置，并将确定的泄漏位置传递中央数据库中；第二部分的实时瞬态计算系统，实时扫描泄漏位置数据，若发生泄漏，则自动启动此系统的计算功能；实时瞬态系统迅速读取数据库中的管道实时运行参数，与计算泄漏位置一起作为输入参数，进行泄漏流量的计算；根据管道流体运行的质量守恒方程和动量守恒方程，结合系统内嵌子模型，根据水锤公式，计算出管道的泄漏流量，传递给数据库。
此部分的主要功能为计算管道的泄漏流量，并将泄漏流量作为输入参数，传递为第三部分，为后续的管道泄漏处理流程提供基础。
第三部分为管道泄漏的处理，此部分主要设备为：可自动控制的阀门装置。根据管道流动特性，系统预设泄漏流量阈值；第二部分传递的泄漏流量作为输入值与系统阈值对比，若计算泄漏流量高于阈值，则自动触发阀门关闭程序，关闭阀门，减小泄漏损失；若泄漏流量低于设定阈值，则系统在显示器中发出预警，提示人工处理泄漏状况。
第四部分为显示部分，本系统设有专门的显示器，用以显示管道的运行状态。当管道无泄漏发生时，显示器显示管道的进口压力、进口介质温度、进口环境温度、进口流量、出口压力、出口介质温度、出口环境温度、出口流量等管道运行参数。若管道发生泄漏，显示器显示管道泄漏位置、泄漏流量以及是否启动阀门自动关闭系统。
具体的：
一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，包括如下步骤：
步骤1：将若干音波传感器安装在待测管道两端，对管道运行进行监测，获取管道运行参数，同时监测管道是否产生管道破裂音波信号；
步骤2：在待测管道两端设置流量计，用于获取管道的流量参数；将监测到的流量及步骤1中监测的管道运行参数传递给现场数据采集器，用于后续实时瞬态模拟系统的运用；
步骤3：判断管道是否发生泄漏；
步骤4：若管道发生泄漏则计算泄漏位置；
步骤5：检测出泄漏位置后基于守恒方程与嵌入模型，实时瞬态模拟系统根据输入参数模拟计算泄漏流量。
步骤6：比较计算泄漏流量大小与设定泄漏流量阈值，判断是否启动自动处理系统；若泄漏量超过阈值，系统启动泄漏自动处理系统；自动关闭阀门，减小泄漏损失；
步骤7：将计算泄漏位置、泄漏流量以及处理状况在显示器中进行显示；
具体的，通过GPS同步设备根据卫星时间对在整个管道运行监测的过程中的所有监测设备进行时间同步，确保监测过程中的每次数据采集没有时间差。
通过GPS同步设备对泄漏位置进行定准GPS定位，使用户快速确定泄漏地点，进而减小泄漏损失。
步骤1中，监测管道是否产生管道破裂音波信号的方法为：在管壁破裂的瞬间，由于管道破裂处流体的压力骤降，因此管道内流体产生压力差，进而产生音波；此音波以声音的速度沿管壁向上下游传递；因此，音波传感器接收到音波信号，即视为管道可能发生破裂的标志。
音波信号传感器内置压力传感器和温度传感器，用于获取管道运行参数实时状态参数，包括进口压力、进口温度、出口压力和出口温度。
步骤3中；判断管道是否发生泄漏包括如下子步骤：
S3.1：若管道发生泄漏，音波传感器将接收到泄漏产生的音波信号，并将音波信号传递给现场数据采集器；现场数据采集器对接收到的信号进行初步过滤和分析；过滤掉接收信号中的系统噪声、意外的干扰噪声；
S3.2：通过数字滤波后，将过滤后的音波实时信号与数据库种的标准泄漏信号进行相关性比较，如果相关性超过设定阈值，则将它设置一个数字标志；将音波的移动平均值与代表流体损失的第二阈值进行比较，如果超过阈值，则设置第二个数字标志；如果同时设置两个数字标志，则音波警报泄漏监测系统声明有可能发生了泄漏事件，并将过滤后带有时间标志的音波信号传递给中央集算处理器，以作进一步分析和计算；
S3.3同时，现场数据采集器将接收到的管道实时运行参数，包括压力、温度和流量，传递至计算设备中，计算设备中设置数据库模块，用于存储管道运行参数和计算参数。
现场数据采集器中内嵌超过15种不同算法的信号过滤计算程序，能够过滤掉接收信号中的系统噪声、意外的干扰噪声等；且现场数据采集器内嵌强大的数据库，数据库中包含了190多种泄漏信号模型；
步骤4中，中央集算处理器根据管道两端音波传感器接收信号的时间差计算泄漏位置，具体方法为：根据音波的传递规律，若进口端音波传感器接收信号的时间为t1，出口端音波传感器接收信号的时间为t2，两者的时间差Δt＝|t1-t2|，则泄漏位置的计算公式为：
其中，式(1)S为泄漏位置，V为音波的速度，L为待测管道长度。
步骤5中；将步骤4中确定的泄漏位置，作为输入参数传输至实时瞬态模拟系统；系统接收泄漏信号后，从数据库中调取管道实时状态参数，主要包括：进口压力、进口流量、进口环境温度、进口介质温度、出口压力、出口流量、出口环境温度和出口介质温度；基于守恒方程与嵌入模型，实时瞬态模拟系统根据输入参数模拟计算泄漏流量；
包括如下子步骤：
S5.1根据流体运动的质量守恒方程和动量守恒方程，建立管道的计算模型，质量守恒方程和动量守恒方程分别为：
其中，式(2)(3)中ρ为密度，v为速度，t为时间，P为压力，λ为沿程阻力系数，d为管道直径，α为管道倾斜的角度，g为重力常数。
S5.2采用半隐式离散方法，分别对空间项和时间项进行离散，偏微分方程离散为Ax＝B的矩阵计算形式，其中：
S5.3为保证计算的准确性，实时瞬态计算系统嵌入多个独立开发的子模型，解决由于管道结构的复杂行引起的计算精度低的问题，其中包括：管道弯头模型、渐缩渐扩管道模型、温度对管道弹性模型的修正模型等。
S5.4在大量实验和计算的基础上，选用水锤公式作为实时瞬态计算系统的泄漏量计算模型，泄漏量计算公式为：
其中，式(6)中ML为质量流量，A为管道截面积，a为音速，ΔP为泄漏点前后的压差。
利用C++程序编写上述模型的求解器；程序将求解结果传入数据库中供后续自动处理系统和显示使用。
一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理系统，包括音波接收装置、现场数据采集器、GPS时间同步设备和中央集算处理器；所述音波接收装置连接现场数据采集器，用于全天候实时接收并监控管道内产生的动态音波信号并将信号传递给现场数据采集器；现场数据采集器连接中央集算处理器，用于将接收的音波信号进行过滤和识别，并将带有时间戳的信号传递给中央计算处理器；中央计算处理器用于进一步汇集和分析音波信号，判断管道是否发生泄漏，并快速计算泄漏位置；GPS时间同步设备用于将现场所有采集数据处理器与卫星时间保持同步运行；
还包括实时瞬态计算系统及泄漏自动处理系统，实时瞬态计算系统用于计算泄漏流量；泄漏自动处理系统用于当泄漏流量超过阈值时，自动控制关闭阀门，减小泄漏带来的损失。
其中，实时瞬态系统主要用于泄漏流量的计算，其所需的计算参数有：进口压力、进口流量、进口温度、进口环境温度、出口压力、出口流量、出口温度和出口环境温度。其中进口压力、进口温度、进口环境温度、出口压力、出口温度和出口环境温度都可由音波警报泄漏监测系统中的现场数据采集器获得。进口流量计和出口流量计用于采集进口和出口流量。计算设备主要用于数据存储和实时瞬态计算。管道运行时，音波警报泄漏监测系统负责进行泄漏的监测和泄漏定位。泄漏定位完成后，其将泄漏位置信息传递至实时瞬态计算系统。实时瞬态计算系统根据接收信号后，从数据库中提取管道实时运行参数，计算管道泄漏量并传递给显示和泄漏处理系统。
泄漏自动处理系统，主要包括可自动控制闭合的阀门装置及自动控制程序。当管道发生泄漏时，泄漏自动处理系统接收实时瞬态计算系统计算的泄漏量并自动与阈值进行比较。若泄漏流量超过阈值，泄漏自动处理系统可自动控制关闭阀门，减小泄漏带来的损失。
还包括与现场数据采集器连接的中央数据库服务器、泄漏量模拟工作站、泄漏量模拟自动备份伺服机、显示服务器；
所述中央数据库服务器作为数据存储设备，用于存储整个系统中所有的监测和计算的数据；所述泄漏量模拟工作站用于计算管道泄漏状态的泄漏流量，泄漏量模拟自动备份伺服机用于备份保存待测管道模拟计算数据；显示服务器安装在管道控制室，用于显示监测和模拟数据、预报警告和自动处理泄漏信息。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (11)
1.一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将若干音波传感器安装在待测管道两端，对管道运行进行监测，获取管道运行参数，同时监测管道是否产生管道破裂音波信号；
步骤2：在待测管道两端设置流量计，用于获取管道的流量参数；将监测到的流量及步骤1中监测的管道运行参数传递给现场数据采集器，用于后续实时瞬态模拟系统的运用；
步骤3：判断管道是否发生泄漏；
步骤4：若管道发生泄漏则计算泄漏位置；
步骤5：检测出泄漏位置后基于守恒方程与嵌入模型，实时瞬态模拟系统根据输入参数模拟计算泄漏流量。
步骤6：比较计算泄漏流量大小与设定泄漏流量阈值，判断是否启动自动处理系统；若泄漏量超过阈值，系统启动泄漏自动处理系统；自动关闭阀门，减小泄漏损失；
步骤7：将计算泄漏位置、泄漏流量以及处理状况在显示器中进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，其特征在于：通过GPS同步设备根据卫星时间对在整个管道运行监测的过程中的所有监测设备进行时间同步，确保监测过程中的每次数据采集没有时间差。
3.根据权利要求1或2所述的一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，其特征在于：通过GPS同步设备对泄漏位置进行定准GPS定位，使用户快速确定泄漏地点，进而减小泄漏损失。
4.根据权利要求1所述的一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，其特征在于：步骤1中，监测管道是否产生管道破裂音波信号的方法为：在管壁破裂的瞬间，由于管道破裂处流体的压力骤降，因此管道内流体产生压力差，进而产生音波；此音波以声音的速度沿管壁向上下游传递；因此，音波传感器接收到音波信号，即视为管道可能发生破裂的标志。
5.根据权利要求1所述的一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，其特征在于：音波信号传感器内置压力传感器和温度传感器，用于获取管道运行参数实时状态参数，包括进口压力、进口温度、出口压力和出口温度。
6.根据权利要求1所述的一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，其特征在于：步骤3中；判断管道是否发生泄漏包括如下子步骤：
S3.1：若管道发生泄漏，音波传感器将接收到泄漏产生的音波信号，并将音波信号传递给现场数据采集器；现场数据采集器对接收到的信号进行初步过滤和分析；过滤掉接收信号中的系统噪声、意外的干扰噪声；
S3.2：通过数字滤波后，将过滤后的音波实时信号与数据库种的标准泄漏信号进行相关性比较，如果相关性超过设定阈值，则将它设置一个数字标志；将音波的移动平均值与代表流体损失的第二阈值进行比较，如果超过阈值，则设置第二个数字标志；如果同时设置两个数字标志，则音波警报泄漏监测系统声明有可能发生了泄漏事件，并将过滤后带有时间标志的音波信号传递给中央集算处理器，以作进一步分析和计算；
S3.3同时，现场数据采集器将接收到的管道实时运行参数，包括压力、温度和流量，传递至计算设备中，计算设备中设置数据库模块，用于存储管道运行参数和计算参数。
7.根据权利要求1所述的一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，其特征在于：步骤4中，中央集算处理器根据管道两端音波传感器接收信号的时间差计算泄漏位置，具体方法为：根据音波的传递规律，若进口端音波传感器接收信号的时间为t1，出口端音波传感器接收信号的时间为t2，两者的时间差Δt＝|t1-t2|，则泄漏位置的计算公式为：
其中，式(1)中，S为泄漏位置，V为音波的速度，L为待测管道长度。
8.根据权利要求1所述的一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，其特征在于：步骤5中；将步骤4中确定的泄漏位置，作为输入参数传输至实时瞬态模拟系统；系统接收泄漏信号后，从数据库中调取管道实时状态参数，主要包括：进口压力、进口流量、进口环境温度、进口介质温度、出口压力、出口流量、出口环境温度和出口介质温度；基于守恒方程与嵌入模型，实时瞬态模拟系统根据输入参数模拟计算泄漏流量；
包括如下子步骤：
S5.1根据流体运动的质量守恒方程和动量守恒方程，建立管道的计算模型，质量守恒方程和动量守恒方程分别为：
其中式(2)(3)中，ρ为密度，v为速度，t为时间，P为压力，λ为沿程阻力系数，d为管道直径，α为管道倾斜的角度，g为重力常数。
S5.2采用半隐式离散方法，分别对空间项和时间项进行离散，偏微分方程离散为Ax＝B的矩阵计算形式，其中：
S5.3为保证计算的准确性，实时瞬态计算系统嵌入多个独立开发的子模型，解决由于管道结构的复杂行引起的计算精度低的问题，其中包括：管道弯头模型、渐缩渐扩管道模型、温度对管道弹性模型的修正模型等。
S5.4在大量实验和计算的基础上，选用水锤公式作为实时瞬态计算系统的泄漏量计算模型，泄漏量计算公式为：
其中，式(6)中ML为质量流量，A为管道截面积，a为音速，ΔP为泄漏点前后的压差。
9.根据权利要求1所述的一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法，其特征在于：利用C++程序编写上述模型的求解器；程序将求解结果传入数据库中供后续自动处理系统和显示使用。
10.一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理系统，其特征在于：包括音波接收装置、现场数据采集器、GPS时间同步设备和中央集算处理器；所述音波接收装置连接现场数据采集器，用于全天候实时接收并监控管道内产生的动态音波信号并将信号传递给现场数据采集器；现场数据采集器连接中央集算处理器，用于将接收的音波信号进行过滤和识别，并将带有时间戳的信号传递给中央计算处理器；中央计算处理器用于进一步汇集和分析音波信号，判断管道是否发生泄漏，并快速计算泄漏位置；GPS时间同步设备用于将现场所有采集数据处理器与卫星时间保持同步运行；
还包括实时瞬态计算系统及泄漏自动处理系统，实时瞬态计算系统用于计算泄漏流量；泄漏自动处理系统用于当泄漏流量超过阈值时，自动控制关闭阀门，减小泄漏带来的损失。
11.根据权利要求1所述的一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理系统，其特征在于：还包括与现场数据采集器连接的中央数据库服务器、泄漏量模拟工作站、泄漏量模拟自动备份伺服机、显示服务器；所述中央数据库服务器作为数据存储设备，用于存储整个系统中所有的监测和计算的数据；所述泄漏量模拟工作站用于计算管道泄漏状态的泄漏流量，泄漏量模拟自动备份伺服机用于备份保存待测管道模拟计算数据；显示服务器安装在管道控制室，用于显示监测和模拟数据、预报警告和自动处理泄漏信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011558734.3A CN112711844A (zh) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011558734.3A CN112711844A (zh) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112711844A true CN112711844A (zh) | 2021-04-27 |
Family
ID=75546000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011558734.3A Pending CN112711844A (zh) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112711844A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114267468A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-01 | 天津大学 | 一种核电站关键设备的定点检测和预警系统 |
| CN114321740A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-12 | 华荣科技股份有限公司 | 一种可燃气体泄漏点定位方法、系统及可读存储模块 |
| CN114526449A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-24 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 尾矿埋地输送管道泄漏检测系统 |
| CN114636108A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-06-17 | 西安科技大学 | 一种用于井下安全注氮的闭锁方法 |
| CN114811448A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-29 | 中南大学 | 一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法 |
| CN115404516A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-11-29 | 氢联(江苏)高科技有限公司 | 一种水电解制氢泄漏监测系统 |
| CN115978460A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-04-18 | 浙江英集动力科技有限公司 | 融合压力波和高精度授时的供热管道泄漏检测方法及系统 |
| CN116928609A (zh) * | 2023-09-18 | 2023-10-24 | 益都智能技术（北京）股份有限公司 | 一种物联网远传水表的水量计量方法及水量计量系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102563361A (zh) * | 2012-01-18 | 2012-07-11 | 中国石油大学(华东) | 基于常规数据和音波信号的输气管道泄漏检测定位装置及方法 |
| CN104595730A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-05-06 | 中国石油大学(华东) | 一种基于声波幅值衰减模型的油气管道泄漏定位方法 |
| CN105223890A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-01-06 | 遵义长征电器开关设备有限责任公司 | 基于gprs的城市地下综合管廊供水管道在线监控系统 |
| CN108036201A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-05-15 | 廊坊市蓝德采油技术开发有限公司 | 一种基于负压波法和流量趋势法的输油管道泄漏监测方法 |
-
2020
- 2020-12-25 CN CN202011558734.3A patent/CN112711844A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102563361A (zh) * | 2012-01-18 | 2012-07-11 | 中国石油大学(华东) | 基于常规数据和音波信号的输气管道泄漏检测定位装置及方法 |
| CN104595730A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-05-06 | 中国石油大学(华东) | 一种基于声波幅值衰减模型的油气管道泄漏定位方法 |
| CN105223890A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-01-06 | 遵义长征电器开关设备有限责任公司 | 基于gprs的城市地下综合管廊供水管道在线监控系统 |
| CN108036201A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-05-15 | 廊坊市蓝德采油技术开发有限公司 | 一种基于负压波法和流量趋势法的输油管道泄漏监测方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 孙良: "基于模型的油气管道泄漏检测与定位方法研究", 《中国优秀博士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
| 廖志芳等: "空气阀结构及性能研究", 《中国设备工程》 * |
| 董志勇等: "弯头(弯管)阻力系数比较与流动特性分析"", 《第五届全国水动力学学术会议暨第十五届全国水动力学研讨会文集》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114267468A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-01 | 天津大学 | 一种核电站关键设备的定点检测和预警系统 |
| CN114321740A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-12 | 华荣科技股份有限公司 | 一种可燃气体泄漏点定位方法、系统及可读存储模块 |
| CN114526449A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-24 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 尾矿埋地输送管道泄漏检测系统 |
| CN114636108A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-06-17 | 西安科技大学 | 一种用于井下安全注氮的闭锁方法 |
| CN114636108B (zh) * | 2022-03-30 | 2023-05-30 | 西安科技大学 | 一种用于井下安全注氮的闭锁方法 |
| CN114811448A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-29 | 中南大学 | 一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法 |
| CN114811448B (zh) * | 2022-04-13 | 2023-09-22 | 中南大学 | 一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法 |
| CN115404516A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-11-29 | 氢联(江苏)高科技有限公司 | 一种水电解制氢泄漏监测系统 |
| CN115404516B (zh) * | 2022-10-19 | 2023-02-24 | 氢联(江苏)高科技有限公司 | 一种水电解制氢泄漏监测系统 |
| CN115978460A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-04-18 | 浙江英集动力科技有限公司 | 融合压力波和高精度授时的供热管道泄漏检测方法及系统 |
| CN116928609A (zh) * | 2023-09-18 | 2023-10-24 | 益都智能技术（北京）股份有限公司 | 一种物联网远传水表的水量计量方法及水量计量系统 |
| CN116928609B (zh) * | 2023-09-18 | 2023-11-28 | 益都智能技术（北京）股份有限公司 | 一种物联网远传水表的水量计量方法及水量计量系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112711844A (zh) | 一种管道泄漏定位、泄漏量预警与自动处理方法及系统 | |
| CN108050394B (zh) | 基于声压信号识别的燃气管道泄漏检测定位实验平台 | |
| CN105042339B (zh) | 一种基于无量纲的成品油管道泄漏量估计系统及方法 | |
| CN108036201B (zh) | 一种基于负压波法和流量趋势法的输油管道泄漏监测方法 | |
| CN104595729B (zh) | 一种基于声波幅值的油气管道泄漏定位方法 | |
| CN202074237U (zh) | 管道泄漏监测与负压保护装置 | |
| CN112628613A (zh) | 一种管道泄漏监测、泄漏定位及泄漏量计算的方法及系统 | |
| CN108506740B (zh) | 一种基于流速计的液体管道泄漏区域确定方法及系统 | |
| Rajtar et al. | Pipeline leak detection system for oil and gas flowlines | |
| CN206130547U (zh) | 一种多工况下的输气管道泄漏检测系统 | |
| CN102927449B (zh) | 一种基于模拟仿真技术的管网微小泄漏缺陷检测方法及系统 | |
| CN103775832B (zh) | 基于瞬变流反问题方法的输油管道漏失检测的装置 | |
| CN111853553B (zh) | 流体管道的故障检测方法及系统 | |
| CN104180166A (zh) | 一种基于管道压力数据的管道泄漏检测方法 | |
| CN106015951A (zh) | 一种适应多种状态变化的输气管道泄漏检测系统及方法 | |
| CN109708009B (zh) | 一种针对供水管道不同漏水量定位的装置及方法 | |
| CN104595730A (zh) | 一种基于声波幅值衰减模型的油气管道泄漏定位方法 | |
| CN105757459B (zh) | 一种瓦斯抽采管网参数监测系统及漏点精确定位方法 | |
| CN106289121B (zh) | 一种变径管等效管长的计算方法 | |
| CN105805559A (zh) | 液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置及实验方法 | |
| CN207394379U (zh) | 城市供气管道堵塞和泄漏模拟检测系统 | |
| US10309861B2 (en) | Intelligent pipeline small leaks and thefts detection methods and systems | |
| CN100456010C (zh) | 基于压力信号拐点检测油气管道泄漏的方法 | |
| CN116045220A (zh) | 一种多相流管道泄漏监测方法及系统 | |
| CN202868318U (zh) | 一种基于模拟仿真技术的管网微小泄漏缺陷检测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210427 |