改进负压力波定位算法在输送管道泄漏检测中的应用

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负压波泄露监测系统在长输管道上的应用

送速度大约是１ｋｍ／ｓ，各个信号接收器之间每一秒的时间误差就会使定位的偏差增加１ｋｍ，如果时问误差超高２Ｓ，定位就已经失去意义。系统时问不同
２．２压力变化不明显
从监测系统压力趋势图来看，当泄漏发生引起ｆ－、下游压力趋势曲线，化明显（压力趋势曲线
现更大问题。
是，上站出站压力会相应提高，使输油量降低。
４结语
２．４管输介质中压力波ｆ错番速度的影响管内压力波传播速度取决于液体的可压缩性和管材的弹性。计算公式为：
（２）
对运行压力异常波动的准确判断，是发现事
其中，体积弹性系数和密度ｐ都是温度的函数。
３改进措施和效果
３．１校验时间偏差
和系统时问不同步一样的误差，严重影响定位精
度
检漏系统的Ｔ作原理是利用漏油点产生的负压波向两端接收器传送的时间差进行定位，根据压力波传播速度可以算出，负乐波在管线中的传
ｃ， —— 与管道约束条件有关的修正系数。
２．１通讯质量差，时间不Ｉｌ］１步当通讯质量较差时，各个站队数据采集点向中心计算机传送的数据包会发生丢失，中心计算
机进行比对的数据不是刚一时间点的数据，出现

输气管道泄漏定位的复相关迭代算法

输气管道泄漏定位的复相关迭代算法摘要:针对输气管道泄漏点的定位难题,利用复相关法和迭代原理对现有负压波定位方法进行改进。

首先对原始信号对进行自相关和互相关复合处理,得到的新信号对具有良好的信噪比且信号之间的时间延迟恒定不变,然后采用迭代处理方式可进一步提高信号能量聚集程度。

关键词:管道泄漏复相关迭代法时延估计管道泄漏检测[1]要求及时、准确的发现泄漏并定位漏点,目前常用方法包括管内探测球法、瞬态模型分析法、流量平衡法、压力梯度法、负压波检测法等[2,3],其中负压波检测法主要通过相位差测量方法对漏点进行定位。

借鉴现有的互相关相位差测量技术,本文提出一种新型的迭代复相关算法,能进一步的提高输气管道漏点定位精度。

1 定位公式及迭代复相关算法1.1 漏点定位公式常用的输气管道泄漏定位装置的工作原理如下:出现现泄漏之后,负压波将从漏点处沿管道传递。

根据以上结构可给出漏点定位公式,其中L表示管道长度,D表示漏点所在位置,v表示漏点产生的负压波在管道中的传播速度,而传播时延T则成为决定定位精度的主要因素。

1.2 迭代复相关分析接下来介绍基于复相关迭代法的负压波时延估计的基本原理。

将负压波信号采样后,其数学模型可简化表示为可以看出两种信号对之间的时延均为,即复相关处理不改变时延大小。

接下来,可对复相关处理进行迭代推演,即将信号对再进行第二次复相关处理得到二次复相关信号对,则可以在不改变时延的前提下进一步改善信噪比。

2 实验验证在本方法的验证实验中,采用的管道长度为500cm,管径为2.5mm,管壁厚度为0.2cm。

泄漏点被设计为半径为1mm的贯通圆孔。

当泄漏发生时,首末两端的压力传感器分别接收到负压波(即初始信号对)。

由于噪声的影响,原始负压波波形受到严重污染,难以判断的大小。

进行二次复相关处理后,得到信号对波形如图1所示。

可以看出,使用复相关迭代处理后,得到的信号对波形更为工整,能明显测量出时延大小。

3 结论漏点定位是输气管道健康检测的重要内容,本文提出的复相关分析法可以在不改变信号时延的前提下,有效提高定位精度且抗噪性强,并采用迭代方式以提高能量聚集程度,进一步改善测量结果。

负压波检漏应用于输油管线防盗

负压波检漏应用于输油管线防盗程君（胜利石油化工建设有限公司，山东东营257073）摘要：为打击油田长输管线盗油犯罪，运用负压波检漏原理，在试验管线上自行设计、安装了一套防盗系统，取得了显著效果。

本文介绍了负压波检漏的原理和防盗系统的构成，分析了技术应用的难点并采取了相应的措施，总结了应用效果，提出了进一步完善系统的建议。

关键词：输油管线负压波检漏防盗系统1引言管道运输是原油最主要的运输方式之一。

因为其具有运输量大、劳动生产率高、运费低、能够缩短运距和基本上不受恶劣气候影响的优点，而且随着我国海上油田和内陆新油田的开发，输油管道的建设必将进入一个新的历史时期，在经济建设中发挥越来越重要的作用[1]。

但随着输油管线的增多，出于强大的经济诱惑，在一段时期内，不法分子人为破坏管线实施盗油犯罪行为的频率有所上升。

某边远采油厂的统计数字表明，盗油案件月平均23.4起。

盗油行为造成了严重的资源浪费，威胁到人们的生命财产和生存环境。

为及时发觉盗油行为，准确定位盗油地点，进而有效遏制盗油分子的不法行为，我们运用负压波检漏的原理，自行设计了一套防盗系统，在试验管线上进行了安装、调试和现场使用，取得了显著的效果。

2负压波检漏的原理当输油管道发生泄漏时，由于管道内外的压差，泄漏点处流体迅速流失，压力下降，泄漏点两边的液体由于存在压差而向泄漏点处补充，这一过程依次向上、下游传递，相当于泄漏点处产生了一个以一定速度传播的负压力波。

只要安装在泄漏点两端的传感器准确捕捉到包含泄漏信息的负压力波，根据压力波的幅值变化梯度的大小和泄漏产生的瞬态压力波传播到上下游传感器的时间差就可确定泄漏量和泄漏位置[2][3]。

L －上、下游站间距离，m试验管线包括临一首站、临南站、临济3号站、化二末站和济南末站五个站点。

鉴于化二末站和济南末站之间的管线布置在市区，从未发生过盗油事件，为削减资金投入和加快试验进度，将最后一个检测点设置在化二末站。

负压波法管道泄漏监测定位系统的应用

负压波法管道泄漏监测定位系统的应用艾信;段新海;乔守武;赵天福;史建国【摘要】近年来本厂多次发生大型输油管线泄漏事故,不但带来巨大的经济损失,而且造成十分严重的环境污染和负面新闻舆论.针对上述存在的问题,本文以负压波为原理,以LABVIEW与MATLAB为系统开发平台,结合传感器技术、数字信号处理技术和通信技术,设计研发了输油管道泄漏实时监测及定位系统,并在现场安装应用.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】3页(P131-132,148)【关键词】负压波法;管道;监测【作者】艾信;段新海;乔守武;赵天福;史建国【作者单位】中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500;中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500;中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500;中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500;中国石油长庆油田分公司第四采油厂,陕西靖边718500【正文语种】中文【中图分类】TE938.2原油输送管道是油田生产的生命线，管线发生穿孔，其经济损失非常巨大。

如果采取先进的科技手段，对输油管线进行实时监测，迅速准确的判断出泄漏位置。

就能使突发事件得到及时处理，使损失降到最低。

市场上有部分公司研制管道泄漏监测定位系统，其实验测试环境多为理想的输送液体管道。

市场产品实用性不强，同时安装费用较高，只能对重点输油管线加装。

所以，打破这种技术垄断，研发适用于长庆油田输油管道在线监控系统具有重要意义。

1.1 搭建实验环境选取镰三增至镰一转管线作为测试管线，管线全长3 500 m。

在途经林79-75井组处，将管线开小孔，直径3 mm，距离镰一转1 500 m，加装泄漏仿真闸门，用来模拟管线泄漏（见图1）。

1.2 验证负压波的存在性将实验管线用清水打压至2.6 MPa，依托SCADA系统采样，采用LABVIEW与MATLAB搭建泄漏监测平台，融合小波变换算法，经过20多次放油测试，发现每次实验均能测到负压波，但是因SCADA系统采样频率太低（1 Hz），无法实现定位功能。

负压波在管道泄漏检测与定位中的应用

（１．西南石油大学土木工程与建筑学院，四川成都６１０５００；２．都江堰市集能燃气有限公司，四川都江堰６１１８００）
摘要：负压波泄漏诊断技术具有响应快、精度高、费用低等优点，被广泛应用于管道检测，其应用分
泄漏判定与泄漏定位２个过程。文中对负压波技术检漏原理作了阐述，总结了负压波检漏技术应用过程中的相关方法以及存在的问题。针对其在较小压力泄漏与小泄漏检测方面的缺陷，提出结合流量平衡的泄漏检测原理，结合ＳＣＡＤＡ系统建立泄漏诊断系统，并仿真验证了其在工程中的实用性。提出未
２．ＤｕｊｉａｎｇｙａｎＪｉｎｅｎｇＧａｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄｕｊｉａｎｇｙａｎ６１１８００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｌｅａｋｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｓｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｒｅａｌｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓ
ｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｉｎｒｃｉｐｌｅｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅｓｉｓｎａａｌｙｚｅｄ；ｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｐｒｏｂｌｅｍｓｓｔｉｌｌｅｘｉｓｔｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｉｔｓｄｅｆｅｃｔｓｉｎｓｍａｌｌｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｌｅａｋａｇｅｎｄａｓｍａｌｌ — ｓｃａｌｅｌｅａｋｄｅ — ｔｅｃｔｉｏｎ，ｉｔｐｕｔｓｆｏｒｗｒｄａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｆｏｌｆｏｗｂａｌａｎｃｅａｎｄｔｈｅｌｅａｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｉｒｎｃｉｐｌｅｓ；ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅＳＣＡＤＡｓｙｓｔｅｍｔｏｅｓｔａｂ — ｌｉｓｈｔｈｅｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｙｓｔｅｍｏｆｌｅａｋｇｅ，ａｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｔｉｓｐｒａｃｔｉｃｌａｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ．Ｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ，ｍｏｒｅａｔ — ｔｅｎｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｗａｖｅｏｒｆｍ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｏｔｈｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍ—

负压波定位理论在输油管道泄漏监测系统中的应用

负压波定位理论在输油管道泄漏监测系统中的应用苏维均，廉小亲，于重重，曹志国（北京工商大学，北京 100037）摘要：本文主要讲述了负压波理论在输油管道泄漏监测系统的具体应用情况；分析了采用负压波理论进行泄漏定位的过程中时间差的求解问题，提出了三种求取时间差的方法。

通过负压波理论的定位公式以及时间差对泄漏点进行定位。

关键词：输油管道、泄漏监测、负压波1 引言在大型油田的生产中，原油从油井里开采上来之后，经过各地的输油站经输油管线输送到炼油厂，提炼出各种石油产品。

由于油井在地理位置上分散性很大，所以输油管线不但长，覆盖区域也非常大。

每年由于原油泄漏及人为打孔盗油给国家和企业带来巨大损失，并造成环境污染。

输油部门通常是派人轮流巡线，以及时发现泄漏，从而减少泄漏损失。

但是，尽管昼夜不断地进行人工巡视，由于管线过长，仍不能及时发现泄漏；而且，以人工查寻的方式来进行输油管道的泄漏检测，也耗费了大量的人力、物力和财力资源。

因此，对管道进行实时自动监测具有重要意义。

近几十年来，管道工业得到快速发展，管道监控方面的研究课题显得尤为重要，而管道监控的重要问题是系统的泄漏检测。

根据泄漏检测原理，目前用于泄漏检测的方法可以分为直接检测法和间接检测法：直接检测法即根据泄漏的介质进行检测，例如根据油气泄漏时所露出的地表痕迹以及散发的气味等进行检测；间接检测法则是根据泄漏引起的管道输送介质有关参数的变化来进行推断。

目前，国内外主要应用的泄漏检测方法有压力图像法（压力分布法）、压力点法（PPA）、负压波法、质量平衡法、声波法、管道泄漏溶解法等等[1]。

本文主要介绍负压波法在输油管道泄漏监测系统中的具体应用。

2 输油管道泄漏检测系统的实现2.1 系统组成结构本系统从总体结构上由上位机与下位机两个部分组成。

上位机为工控机，下位机为压力采集系统。

整个检测系统由放置在中央控制室的一台工控机和若干个近端或远端输油站点的压力采集模块组成。

改进负压力波定位算法在输送管道泄漏检测中的应用

改进负压力波定位算法在输送管道泄漏检测中的应用摘要本文根据负压波原理,利用数值分析的方法,提出了一种能够准确寻找输送管道原油泄漏点的计算方法,该方法简单实用,为输送管道的泄漏定位提供了精确快速的检测方法。

本文主要介绍负压波法在输油管道泄漏检测系统中的应用。

关键词负压波;管道;泄漏;检测;定位中图分类号te8 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)25-0192-011 负压波法简介为了提高检测的灵敏度,还可运用相关技术对管道两端的传感器所接收的信号进行相关分析。

该方法具有较高的定位精度和较快的响应速度,可迅速检测出突发性的泄漏,且适用性强、定位原理简单,是目前国际上广泛使用的管道漏点定位和泄漏检测方法。

2 负压波定位准确的关键问题负压波管内波速的确定和传播到上、下游传感器的时间差的精确确定是负压波定位方法准确的两个关键。

确定负压波信号传到管道首末端时刻时,一个显然的要求是保证首、末端压力信号序列起始时间应该一致,这就要求统一首、末端的数据采集系统工控机的系统时间。

采用全球定位系统来统一各站工控机的时间,能够满足泄漏监测系统对统一时间的要求。

负压波随着温度、环境、介质的变化的传播速度公式如下:式中:k是液体的体积弹性系数,a;是液体的密度,kg/m3;v是管内压力波的传播速度,m/s;d是管道的直径,m;e是管材的弹性,pa;e是管壁的厚度,m;c1是与管道约束条件有关的修正系数;式中液体的密度和体积弹性系数k随原油的温度而变化。

因此,必须考虑温度对负压波波速的影响,需要对负压波的波速进行温度修正。

3 常规负压波定位算法在常规的常速泄漏定位方法中,视负压力波在管道中传播的速度v为定常值,一般在1 000~2 000m/s 之间;管道总长度为l(单位m);管道上、下游压力传感器捕捉到负压力波到达的时间差为△t(单位s);泄漏点距离上游检测点位x(单位m),则有下列方程4 改进的负压力波定位算法由于原油温度会随管道距离的变化而变化,可将负压波波速写为距离变化的函数v(x),那么泄漏点xl处产生的负压力波传播到管道首末端所需时间分别为式(5.2)中,xl为真正需要计算求解的泄漏点的位置。

浅析基于负压波法的长输油管泄漏监测

浅析基于负压波法的长输油管泄漏监测摘要:本文针对我国原油具有“三高”的特性、在长距离输送时需要加热的特点,研究了影响负压波传播速度的因素,并在此基础上提出了比较准确的先粗分后细分的搜索算法来实现泄漏点的精确定位。

关键词:长输油管道泄漏负压波法定位管道运输在输送气体、流体、浆体等方面具有独特的优势,己成为继铁路、公路、水路、航空运输之后的第五大运输工具。

由于不可避免的老化、腐蚀及打孔盗油等原因,管道泄漏时有发生,严重干扰了正常生产,造成了巨大的经济损失和环境污染。

所以,加强管道泄漏监测与定位技术的研究与应用,对于发现管道泄漏,打击盗油行为,保护环境,减少企业经济损失,提高企业的自动化管理水平具有非常重要的现实意义。

1 负压波检侧原理及定位公式负压力波法是一种声学方法,所谓负压力波实际是在管输介质中传播的声波。

当管道上某处突然发生泄漏时,由于管道内外的压差,泄漏点的流体迅速流失,在泄漏处产生瞬态压力突降。

泄漏点两边的液体由于压差而向泄漏点处补充。

这个瞬变的压力下降作为振动源以声速通过管道中的原油向上下游传播,相当于泄漏点处产生了以一定速度传播的波。

在水力学上称为负压波。

负压波的传播速度在不同的输送介质中有所不同,在液体油中大约为1000～1200m/s。

由于管道的波导作用,经过若干时间后,包含有泄漏信息的负压波分别传播到数十公里以外的上下游,由设置在管道两端的传感器拾取压力波信号。

再经过检测系统的分析处理,根据泄漏产生的负压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估算出泄漏位置。

在输油管道泄漏监测系统中,管道的首末两端装有两个压力传感器,分别接收管道首末端传过来的压力值。

定位原理如图1所示,设管道长为L,假设A、B为装有传感器的管道首、末端,泄漏点为C,C点是管道上任意一点。

设负压波传播速度为v,管道内流体流速为v0,一般情况下v比v0大3个数量级以上,这样可以认为负压波从首端传到末端的时间同末端传到首端的时间相等。

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改进负压力波定位算法在输送管道泄漏检测中的应用
作者：赵刚
来源：《科技传播》2010年第16期
摘要本文根据负压波原理,利用数值分析的方法,提出了一种能够准确寻找输送管道原油泄漏点的计算方法,该方法简单实用,为输送管道的泄漏定位提供了精确快速的检测方法。

本文主要介绍负压波法在输油管道泄漏检测系统中的应用。

关键词负压波;管道;泄漏;检测;定位
中图分类号TE8 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)25-0192-01
1 负压波法简介
为了提高检测的灵敏度,还可运用相关技术对管道两端的传感器所接收的信号进行相关分析。

2 负压波定位准确的关键问题
负压波管内波速的确定和传播到上、下游传感器的时间差的精确确定是负压波定位方法准确的两个关键。

采用全球定位系统来统一各站工控机的时间,能够满足泄漏监测系统对统一时间的要求。

负压波随着温度、环境、介质的变化的传播速度公式如下:式中:K是液体的体积弹性系数,a;是液体的密度,kg/m3;v是管内压力波的传播速度,m/s;D是管道的直径,m;E是管材的弹性,Pa;e是管壁的厚度,m;C1是与管道约束条件有关的修正系数;式中液体的密度和体积弹性系数K随原油的温度而变化。

因此,必须考虑温度对负压波波速的影响,需要对负压波的波速进行温度修正。

3 常规负压波定位算法
在常规的常速泄漏定位方法中,视负压力波在管道中传播的速度v为定常值,一般在1 000~2 000m/s 之间;管道总长度为L(单位m);管道上、下游压力传感器捕捉到负压力波到达的时间差为△t(单位s);泄漏点距离上游检测点位X(单位m),则有下列方程
4 改进的负压力波定位算法
由于原油温度会随管道距离的变化而变化,可将负压波波速写为距离变化的函数v(x),那么泄漏点xL处产生的负压力波传播到管道首末端所需时间分别为
式(5.2)中,xL为真正需要计算求解的泄漏点的位置。

△t为负压波传播到管道首、末端的时间差(可由经测量得到的负压力波传播到管道首、末端的时间t1,t2的差来求得)。

从式(5.2)可知,△t(xl)是随着泄漏点位置xL变化的函数,进一步分析表明,△t(xL)是一个单调变化的函数。

考虑下面这个函数(5.3)式(5.3)中,△t0为由测量得到的负压力波从泄漏点xL0处传播到管道首、末端的时间差。

由于△t(xL)的单调性,只有当xL=xL0时,函数y(xL)才能取得最小值0。

因此,求解泄漏点的位置xL的问题可化为求解式(5.3)的最小值问题。

由于负压波波速v(x)是一个复杂的函数,因此用解析的方法求解式(5.3)中的积分表达式非常困难,所以需要使用数值积分的方法来计算△t(xL),同样使用数值方法求解函数式(5.3)的最小值。

数值积分的方法有梯
形法、辛普森法、高斯法。

5 负压波法对管道泄漏点定位实例
实验中,某管道长48.2km,其规格为426mm6mm,20℃时管输原油密度为845kg/m3,钢管的弹性模量为206.9×109Pa,温度系数为0.714,泊松比为0.3,周围介质平均温度为10℃。

实验泄漏稳态时,管道首端所测温度为65℃,末端所测温度为26℃,管道首末两端压力变送器捕捉到的时间
差为-2.8s,当时工况下的平均波速为1087.6m/s。

根据常规定位公式(4.2),计算泄漏点与首端的距离为:=22 577.36m实际泄漏位置位于距离出站2.10km处,所以定负压力波波速下的相对误差为
如果考虑到温度的影响,按照改进后定位公式计算,将各项参数代入程序得到的泄漏位置为22 336km,则相对误差为。

经过计算误差对比,表明该方法的泄漏定位比常规定位具有较高的精确度。

6 结论
如果视负压波波速为常数,将给泄漏点的定位结果带来较大的误差。

负压波波速公式被分
解后,采用搜寻最优点的方法寻找泄漏点,并使用软件编程对泄漏点进行定位。

实验结果表明,该改进方法比常规定位方法有更高精确度,误差更小。

参考文献
[1]张布悦,等.输油管线泄漏检测和定位技术综述[J].上海海运学院报,2001.
[2]常景龙,李铁.输气管道泄漏检测技术的选择和优化[J].油气储运,2000.
[3]陈华波,涂亚庆.输油管道泄漏检测方法综述[J].管道技术与设备,2000.。