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[摘 要]针对辽河油田原油的特性和输油管道的状况，研制了一套输油管道泄漏实时监测系统。该系统通过实时的数据采集、传输和处理，实现对输油管道在线的泄漏检测和定位。系统采用了瞬态负压波法对管道进行实时监测，突破了常规管道泄漏检测方法和装置的缺陷，首次采用了小波分析信号处理方法，实现从噪声中准确提取信号，大大提高泄漏点定位精度。系统软件中应用了GPS技术来统一计算机的基准时间，并采用动态调用的方式，每小时进行一次时间校正，防止计算机时间芯片的漂移。为管道泄漏检测领域提供了新的思路和方法。目前该泄漏监测系统在金马公司海一联—坨首站线输油管道上的试验应用已获得成功。
[关键词]输油管道 泄漏 实时监测系统 应用
中图分类号：TE978 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0018-01
1 现状及存在问题
现有输油管道218条，9条长输干线，累计长度352公里。年输油能力100万吨左右，最高输油温度90℃，最大输油压力1.8MPa。由于管道使用年限长，最早的管道1987年建成投产的，距现在已有20年，建设时期防腐施工技术不成熟，导致管道老化、腐蚀严重。加之不法分子时常窃机打孔盗油搞破坏，致使输油管道泄漏时有发生，影响了正常的生产秩序，造成了严重的经济损失。据统计，1995年—2005年输油管道累计穿孔超过20次，其中穿孔事故15次，打孔盗油5次，最长停输时间28小时，每次造成经济损失达数拾万元。由于输油管道很长，穿越的地理环境复杂，靠常规人工巡线难于发现，如何能够实时监测到泄漏事故的发生，尽快定出泄漏点的位置，是迫切需要解决的生产问题。为此，确定研究开发“输油管道泄漏自动监测系统”。
2 技术原理
管道泄漏的检测方法总体上分为内部检测和外部检测方法，外部检测方法又可分为化学方法、流量平衡法、压力差法、应力波法、实时模型法和负压波法等方法，
本系统主要采用负压波法进行监测。输油管道泄漏监测系统需要根据采集到的压力信号序列，实时分析压力信号的变化趋势，判断管道是处于正常运行状态，还是处于故障状态。初步判断为事故发生后，发出预报警信号，提示工作人员注意。系统对初步分析发现的故障状况进一步细化分析，确定故障类型。在管道泄漏监测的过程中，主要采用了信号自动分段技术。
信号自动分段方法的基本原理是，先用一个固定的窗选取平稳运行的信号作为参考段，不断地与当前信号作比较，非平稳性可以由段之间的过程统计特性和频谱特性的变化显示出来。一般根据几种反映各段特性差异大小的判据，当判据大过一定的阈值时，就认为信号进入了另一段。对压力、流量等参数的自动分段，选用以下几种反映信号波形结构变化的统计特性参数：
3 输油管道泄漏监测系统的设计
3.1 计算机泄漏监测系统的构成
输油管道泄漏监测系统可以实时监测管道的运行状态。为了进行管道的泄漏检测，根据管道的具体情况，在管道的首站、末站分别采集进、出站压力和温度运行参数，将全部数据传送至服务器，根据实时收集到的信息，综合判断管线是否有泄漏发生，并对漏点定位。
3.2 系统软件设计
该系统通过实时的数据采集和处理，实现在线泄漏检测和定位。远程终端将采集的流量、压力、温度等参数传递给监控中心，以对管道的运行状况进行实时监控。当检测到泄漏时，發出报警信号。
3.2.1 系统的结构
系统在将虚拟仪器技术应用在管道泄漏检测中，开发了原油管道泄漏自动监测系统，综合运用了数字滤波、中值滤波、频谱分析等各种信号处理函数以及小波分析等先进的信号处理技术，为现场应用提供了方便。
3.2.2 软件系统的功能
监测系统的软件分为子站和中心站两个部分，子站采集管道运行压力数据并实时向中心站发送采集到的数据；中心站实时接收数据，监测压力数据序列的波形模式的变化，初步判断发生泄漏后，发出报警，提示操作人员进入泄漏定位程序，进一步判断是否发生泄漏并计算泄漏点位置。监测软件主要包括以下几个功能模块：
3.2.2.1 子站数据采集及数据传输模块
数据采集部分采集各路信号，将压力信号的变化情况在趋势图中显示，数据传输部分将压力数据通过网络或电话线发送，供服务器使用，运用负压波法、压力梯度法等多种管道泄漏检测方法，对采集到的工况数据进行分析判断，确定是否有泄漏发生。
3.2.2.2 中心站数据接收及泄漏判断模块
中心站数据接收模块实时接收各路压力信号，综合运用负压波法、压力梯度法等多种管道泄漏检测方法，对采集到的工况数据进行分析判断，确定是否有泄漏发生，如判断为有泄漏，就发出报警信息，提示操作人员进入泄漏定位程序。
3.2.2.3 实时通讯模块
实时通讯模块根据现场情况可采用调制解调器（Modem）通讯方式，也可采用无线网络（TCP/IP）通讯方式，正常时为绿灯，不正常时为红灯。只要网络线路畅通，中心站就能自动与子站建立链接，从而传输输据。
3.2.2.4 GPS校时模块
GPS校时模块每到一定的时刻就工作一次，该模块接受来自卫星接收机的信息，获取标准时间，并将计算机系统时间修改为标准时间，这样使各计算机系统时间统一为一个时间基准。
3.2.2.5 漏点定位模块
漏点定位模块是系统的关键部分，漏点定位模块运用了小波变换，准确地检测出压力信号的特征，在实际应用中精确地定出泄漏点的位置，同时将泄漏报警时间、泄漏点位置等参数保存起来以供日后分析。
3.2.2.6 历史数据分析模块
历史数据分析模块包括历史压力显示、报警记录、泄漏定位记录，报警记录显示报警时间，泄漏定位记录显示泄漏点的位置和泄漏发生的时刻。
3.2.2.7 参数设置模块
参数设置模块可以设置各泵站电话号码或其它站的TCP/IP参数，另外，系统一开机就一直运行，为限制非操作人员的使用权限，设置了系统退出密码，只有正确输入退出密码，才可以退出系统。 系统研制采用了多种先进的监测技术和信号处理方法，为管道泄漏检测领域提供了新的思路和方法，其技术在国内处于领先水平，而且达到国际同类系统的先进水平。
4 结论
“输油管道泄漏实时监测系统”在长输管线上的应用，通过准确报警和精确定位信息，对长输管道进行实时监测。解决了多年来困扰我们无法检测管道泄漏的难题。制止违法犯罪行为、避免重大恶性事故发生，减少环境污染，为生产的正常运行提供了技术保障。“输油管道泄漏实时监测系统”采用瞬态负压波法对管道进行实时监测系统从理论和结构上突破了常规管道泄漏检测方法和装置的缺陷，首次采用了小波分析信号处理方法，实现从噪声中准确提取信号，大大提高泄漏点定位精度。系统软件部分还应用GPS技术来统一各站计算机的基准时间，为管道泄漏检测领域提供了新的思路和方法，其技术在国内处于领先水平。在液体输送管道的泄漏检测和定位方面具有广阔的应用前景。
作者简介：武春阳（1988-今），男，辽宁盘锦人，助理工程师，2007年毕业于西南石油大学石油工程专业，获工学学士学位。现在辽河油田金马公司采油二区工作。
[关键词]输油管道 泄漏 实时监测系统 应用
中图分类号：TE978 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0018-01
1 现状及存在问题
现有输油管道218条，9条长输干线，累计长度352公里。年输油能力100万吨左右，最高输油温度90℃，最大输油压力1.8MPa。由于管道使用年限长，最早的管道1987年建成投产的，距现在已有20年，建设时期防腐施工技术不成熟，导致管道老化、腐蚀严重。加之不法分子时常窃机打孔盗油搞破坏，致使输油管道泄漏时有发生，影响了正常的生产秩序，造成了严重的经济损失。据统计，1995年—2005年输油管道累计穿孔超过20次，其中穿孔事故15次，打孔盗油5次，最长停输时间28小时，每次造成经济损失达数拾万元。由于输油管道很长，穿越的地理环境复杂，靠常规人工巡线难于发现，如何能够实时监测到泄漏事故的发生，尽快定出泄漏点的位置，是迫切需要解决的生产问题。为此，确定研究开发“输油管道泄漏自动监测系统”。
2 技术原理
管道泄漏的检测方法总体上分为内部检测和外部检测方法，外部检测方法又可分为化学方法、流量平衡法、压力差法、应力波法、实时模型法和负压波法等方法，
本系统主要采用负压波法进行监测。输油管道泄漏监测系统需要根据采集到的压力信号序列，实时分析压力信号的变化趋势，判断管道是处于正常运行状态，还是处于故障状态。初步判断为事故发生后，发出预报警信号，提示工作人员注意。系统对初步分析发现的故障状况进一步细化分析，确定故障类型。在管道泄漏监测的过程中，主要采用了信号自动分段技术。
信号自动分段方法的基本原理是，先用一个固定的窗选取平稳运行的信号作为参考段，不断地与当前信号作比较，非平稳性可以由段之间的过程统计特性和频谱特性的变化显示出来。一般根据几种反映各段特性差异大小的判据，当判据大过一定的阈值时，就认为信号进入了另一段。对压力、流量等参数的自动分段，选用以下几种反映信号波形结构变化的统计特性参数：
3 输油管道泄漏监测系统的设计
3.1 计算机泄漏监测系统的构成
输油管道泄漏监测系统可以实时监测管道的运行状态。为了进行管道的泄漏检测，根据管道的具体情况，在管道的首站、末站分别采集进、出站压力和温度运行参数，将全部数据传送至服务器，根据实时收集到的信息，综合判断管线是否有泄漏发生，并对漏点定位。
3.2 系统软件设计
该系统通过实时的数据采集和处理，实现在线泄漏检测和定位。远程终端将采集的流量、压力、温度等参数传递给监控中心，以对管道的运行状况进行实时监控。当检测到泄漏时，發出报警信号。
3.2.1 系统的结构
系统在将虚拟仪器技术应用在管道泄漏检测中，开发了原油管道泄漏自动监测系统，综合运用了数字滤波、中值滤波、频谱分析等各种信号处理函数以及小波分析等先进的信号处理技术，为现场应用提供了方便。
3.2.2 软件系统的功能
监测系统的软件分为子站和中心站两个部分，子站采集管道运行压力数据并实时向中心站发送采集到的数据；中心站实时接收数据，监测压力数据序列的波形模式的变化，初步判断发生泄漏后，发出报警，提示操作人员进入泄漏定位程序，进一步判断是否发生泄漏并计算泄漏点位置。监测软件主要包括以下几个功能模块：
3.2.2.1 子站数据采集及数据传输模块
数据采集部分采集各路信号，将压力信号的变化情况在趋势图中显示，数据传输部分将压力数据通过网络或电话线发送，供服务器使用，运用负压波法、压力梯度法等多种管道泄漏检测方法，对采集到的工况数据进行分析判断，确定是否有泄漏发生。
3.2.2.2 中心站数据接收及泄漏判断模块
中心站数据接收模块实时接收各路压力信号，综合运用负压波法、压力梯度法等多种管道泄漏检测方法，对采集到的工况数据进行分析判断，确定是否有泄漏发生，如判断为有泄漏，就发出报警信息，提示操作人员进入泄漏定位程序。
3.2.2.3 实时通讯模块
实时通讯模块根据现场情况可采用调制解调器（Modem）通讯方式，也可采用无线网络（TCP/IP）通讯方式，正常时为绿灯，不正常时为红灯。只要网络线路畅通，中心站就能自动与子站建立链接，从而传输输据。
3.2.2.4 GPS校时模块
GPS校时模块每到一定的时刻就工作一次，该模块接受来自卫星接收机的信息，获取标准时间，并将计算机系统时间修改为标准时间，这样使各计算机系统时间统一为一个时间基准。
3.2.2.5 漏点定位模块
漏点定位模块是系统的关键部分，漏点定位模块运用了小波变换，准确地检测出压力信号的特征，在实际应用中精确地定出泄漏点的位置，同时将泄漏报警时间、泄漏点位置等参数保存起来以供日后分析。
3.2.2.6 历史数据分析模块
历史数据分析模块包括历史压力显示、报警记录、泄漏定位记录，报警记录显示报警时间，泄漏定位记录显示泄漏点的位置和泄漏发生的时刻。
3.2.2.7 参数设置模块
参数设置模块可以设置各泵站电话号码或其它站的TCP/IP参数，另外，系统一开机就一直运行，为限制非操作人员的使用权限，设置了系统退出密码，只有正确输入退出密码，才可以退出系统。 系统研制采用了多种先进的监测技术和信号处理方法，为管道泄漏检测领域提供了新的思路和方法，其技术在国内处于领先水平，而且达到国际同类系统的先进水平。
4 结论
“输油管道泄漏实时监测系统”在长输管线上的应用，通过准确报警和精确定位信息，对长输管道进行实时监测。解决了多年来困扰我们无法检测管道泄漏的难题。制止违法犯罪行为、避免重大恶性事故发生，减少环境污染，为生产的正常运行提供了技术保障。“输油管道泄漏实时监测系统”采用瞬态负压波法对管道进行实时监测系统从理论和结构上突破了常规管道泄漏检测方法和装置的缺陷，首次采用了小波分析信号处理方法，实现从噪声中准确提取信号，大大提高泄漏点定位精度。系统软件部分还应用GPS技术来统一各站计算机的基准时间，为管道泄漏检测领域提供了新的思路和方法，其技术在国内处于领先水平。在液体输送管道的泄漏检测和定位方面具有广阔的应用前景。
作者简介：武春阳（1988-今），男，辽宁盘锦人，助理工程师，2007年毕业于西南石油大学石油工程专业，获工学学士学位。现在辽河油田金马公司采油二区工作。