智能音波技術在油氣管道泄漏監測中的應用

施曉紅

（大慶油田有限責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造成中毒、火災、爆炸等嚴重事故，而近年隨著腐蝕泄漏、人為打孔偷盜等問題日益突出，加劇了管網安全運行的嚴峻性。因此，確保管網運行安全，是油田首要的政治責任、經濟責任和社會責任。

智能音波管道泄漏監測技術引入了先進的信號處理、模式識別和人工智能技術，可監測氣體、液體、氣液混合以及多相流管道，提高管道泄漏監測系統的靈敏度、可靠性和穩定性，降低誤報率，是目前最為先進的第四代管道泄漏監測技術。探討智能音波技術在天然氣管道在線泄漏監測中的應用，實現實時監測管道運行情況，及時發現并確定泄漏發生的位置，從而可以及時有效地進行應急處理，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測系統工作原理

管道泄漏瞬間，輸送介質在泄漏點產生具有一定特征的音波，并沿管道向兩端傳播。

采集終端通過安裝在管段兩端的傳感器接收到音波信號，經過預處理之后，與GPS時鐘一起通過網絡傳送到服務器。

服務器進行實時識別處理（采用復雜統計模型的識別器），判斷管道是否發生泄漏，同時利用管段兩端數據采集處理終端接受到音波信號的時間差，計算出泄漏發生位置。

在每個環節利用人工智能技術過濾干擾，最終降低誤報率，提高了監控精度。

3 智能音波油氣管道泄漏監測系統的組成

智能音波油氣管道泄漏監測系統主要分為數據采集處理終端、泄漏監測定位服務器和監控終端，同時系統運行需要計算機網絡（運行TCP/IP協議）支持。

3.1 數據采集處理終端

傳感器：實時將管道中的聲波信號轉換為電信號，傳輸給前端處理模塊。天然氣輸送管道智能音波泄漏監測系統可采用定制的傳感器，有效解決微弱音波信號的捕捉問題，為系統的可靠運行奠定基礎。

前端處理模塊：在微小泄漏孔徑的情況下，泄漏點產生的音波信號及其微弱，經過長距離傳輸將進一步衰減。前段處理模塊的功能就是信號的放大和噪聲抑制。

采集模塊：將信號做AD轉換，變為可用計算機處理的數據。

GPS：獲取精準的時間，泄漏監測定位服務器用來計算泄漏位置。

采集主機：安裝采集程序，把音波信號轉換為數字域的多通道信號，再通過維納濾波、自適應濾波等先進的信號處理方法進行預處理，去除背景噪聲和各種干擾信號，最后和GPS信號一起通過網絡傳送給泄漏監測定位服務器。

3.2 泄漏監測定位服務器

泄漏監測定位服務器由硬件和軟件組成，硬件一般使用高穩定性的服務器，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：建立并維護各采集終端的通訊信道；利用各采集終端的 GPS時鐘信號對其發送的數據進行精確時間同步依據管網的拓撲結構，對比和匹配各采集終端的數據，判斷管道是否發生泄漏，并根據音波信號到達各采集終端的時間差，計算泄漏位置；保存原始數據以及中間數據，以便進一步分析處理。

3.3 監控終端

監控終端安裝客戶端程序和人機界面程序（含底層組態軟件），實時顯示管道的運行狀態，當發生泄漏時及時報警。

可以配置多臺監控終端與泄漏監測定位服務器相連，監控終端也可和泄漏監測定位服務器共用一臺計算機。

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

3.4 通訊系統

使用計算機網絡（運行TCP/IP協議）。數據采集處理終端的數據通過通訊網絡傳送到泄漏監測定位服務器，監控終端與泄漏監測定位服務器也通過通訊網絡相連接。

各個數據采集終端和監測定位服務器之間需要網絡平臺支撐，可以利用現有網絡。

系統應有嚴格的數據完整檢查和出錯重傳機制，保證每條數據都準確可靠地傳遞。如果系統出現故障，可遠程調試。

3.5 技術指標：支持跨網段傳輸；支持復雜管網（樹狀、環狀等），在分支位置可以不設采集終端；可連接任意多采集終端；支持在線參數修改和音速校準（不需要重新啟動程序）；支持斷點續傳。

結束語

利用貝加萊管道泄漏監測系統，經過對三條天然氣管道（最長39.7公里），三個月的泄漏試驗測試，該技術能夠及時準確檢測到所有管道泄漏事件，最小泄漏孔徑為3mm，對應泄漏率0.2%；并能確定泄漏發生的位置，平均定位精度小于100m，檢測時間小于2分鐘，測試期間沒有發生誤報。該系統運行穩定，安裝方便，易于推廣。

[1]萬洪杰.孫凌云，張興武DOLPHIN智能音波管道泄漏監測系統[J].自動化博覽2009年03期.

[2]《中國石油石化數字管道信息化建設論壇暨燃氣管網安全、經濟、運營技術交流研討會論文集》[C].2009.

[3]郭文輝，曾憲云.工業安全與環保.管道泄漏檢測技術[J].2007年第33卷第2期.