天然气属于可燃性气体.docx

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天然气属于可燃性气体

天然气属于可燃性气体，由于可燃气体外泄容易与空气形成爆炸性混合气体，因此，可燃气体的泄漏就容易造成火灾爆炸事故.

天然气的主要成分是甲烷，甲烷对温室效应的作用仅次于CO2,它的泄漏，排放对大气环境的影响已引起世界各国的关注。

甲烷在大气中的浓度在过去100多年里增大了1倍多，在过去20年中以平均每年0.9%的速度增长，远远高于CO2浓度的增长值。

通过石油与天然气工业，煤炭开采，固体废弃物堆存，污水处理，水稻种植以及生物质燃烧等人类活动排放的甲烷占70%。

天然气从气井开采出来后，通过集输，净化，配气等过程为用户提供商品气。

在此过程中，系统存在一定输差，产生输差的原因主要包括系统泄漏，站外放空及计量误差等。

管输系统天然气泄漏包括内漏外漏和事故性泄漏。

安装泄漏检测系统的必要性

安装该系统后，如果发生泄漏、盗油情况时，通过检测系统能够及时发现，准确定位，能够对泄漏点或盗油点及时进行处理，将损失降低到最低点。

　　我们目前的巡线方式为常规巡线方式，对泄漏点和盗油点全凭人眼观察和经验判断，对人的依赖程度高，具有一定盲目性和偶然性，如果巡线人员在巡线过程中不够细心或责任心不强，很难及时发现泄漏点或者盗油点。

并且目前巡线人员少，工作量大，容易疲劳产生惰性。

长时间寻找不到泄漏点或者盗油点容易产生压力，丧失信心，对工作产生不利影响。

安装管线检测系统后，对泄漏点或者盗油点监测和定位由技术装备来完成，这样获得的信息及时准确，巡线人员就能够对事件迅速作出反应，及时赶到事故现场，采取有效措施，控制事态扩大，保障人民群众生命财产安全，减少国家财产损失，保护环境。

检测系统的原理

根据管道介质流动质量守恒原理，综合考虑管壁、介质密度、允许误差限、泄漏检测灵敏度和可靠性等影响因素，根据管道端点所采集的流量、压力和温度数据，通过渠漏量计算，误差分析、最大容许管道储量变化分析，分类错误概率及状态分类的可靠性判断，泄漏状态报警及报警限的设置，确定管段内是否有介质泄漏。

管道的泄漏不仅仅会带来重大的经济损失,造成资源的浪费,而且根据管道里所运送物质的不同,还会对环境造成严重的危害,甚至会危及到人们的生命。

因此,各国都十分重视有效地预防管道的泄漏,如何及时有效地探测到管道的泄漏,准确地定位漏点,成为各国一直以来研究的重点。

引发输油管道泄漏事故的种种原因中,人为破坏管道窃取石油的情况最为严重。

盗油是我国油田建设中的特殊问题,解决不法分子打孔盗油的技术关键是:

管道泄漏检测及精确定位。

因此,及时发现漏油事故并准确定位,对于迅速采取措施、减少事故造成的损失,是油田建设和管理中十分必要和紧迫的问题,且有着十分显著的社会效益和经济效益。

本论文在调研和查阅资料的基础上,对输油管道发生泄漏时的压力、流量等状态的变化进行了研究,分析了管道发生泄漏时其相应参数的变化规律;分析了管道内的流体温度随传输距离而变化的规律及其对管道内负压力波传播速度的影响;采用压力、流量联合判别方法,结合管道两端接收到负压力波的时间差,对管道泄漏进行检测与泄漏点定位;将管道内的负压力波速公式采用复化辛普森公式进行改造;采用无线扩频网络技术进行采样数据传输

Super32系列原油外输管道泄漏检测控制设备，采用计算机、RTU等实时测控等技术，根据用户需求选择适当的监测量（压力、流量、温度等）及相应的测控软件包，对输油管道输油情况实现长期在线实时检测，依照设置的参数，输出多种控制和报警结果。

设备具有远程联网通信端口，可以在完成单点测控的基础上，组成多点SCADA测控系统。

产品功能

   主工作界面，可人工设置测控点压力、流量等基本参数

   参数设置，设置仪表量程、报警极限、从站工作参数等参数

   趋势图曲线，查看压力、流量等测量量变化过程

   趋势图放大曲线，用于分析工作情况、优化调整控制参数

   数据浏览，查看历史数据

   泄漏报表，查看报警记录

   系统测试，查看AI、AO、DI、DO实时数据

   用户登录，区分不同用户的操作权限

   系统帮助，阅读简要使用说明

系统图示

解决问题

Super32系列原油外输管道泄漏检测控制设备，该系统非常适应现阶段我国原油输送管道运营过程中，出现的种种问题，并且很好地加以解决，产品功能上绝对可以和国际先进的同类产品媲美，价格上反而具有非常大的优势，是我们国内石油企业的不二选择。

产品开发成功以来，已经顺利通过验证，并且广泛的应用在实际的企业使用中，通过了市场的考验，受到广发的好评，市场前景光明。

客户价值

l       系统采用实时在线压力、流量测量法，测量准、精度高

l       系统能手动/自动切换，实现压力、流量测控点人工或自动处理

l       系统控制参数、功能参数，可随时调整，方便地适应不同的应用环境

l       系统自动生成运行曲线、定时记录运行数据，方便分析变化情况

l       系统实时显示压力、流量等控制数据

l       系统为全汉字人机界面，使用直观、方便

l       系统具有压力、流量超限等多项报警功能

l       系统支持多种通信方式，可多系统联网使用，组成SCADA系统

l       系统控制数据自动存储，可实现掉电保护

l       系统的测量、控制部件与外接仪表或设备完全隔离，避免了外界的干扰

l       系统主控制器采用优秀的工业级产品，其性能先进、结构合理，具有卓越的温度特性，可在恶劣的环境下工作

主要产品简介

Super32 RTU

   Super32系列可编程控制器，是面向工业现场信号采集和对现场设备监控的新型通用RTU。

Super32产品的核心是32位CPU和32位数字处理器通信模块，具有极强的运算处理能力。

它集完备的本地测控功能和完善的网络通信功能于一体，不仅能完成逻辑、定时、计数控制，实现数据处理、高速计数、模拟量控制、PID、RTD、TC等功能，还具有更强大的通讯组网能力。

Super32系列产品具有功能全面、应用灵活、性能可靠、性价比高等优点。

代表着SCADA系统的发展方向。

可广泛应用于石油化工、电力、冶金、供热、锅炉、大气环境、水情、供水、污水处理、路灯监控、智能建筑、市政等行业的SCADA系统中。

　近年来，输油管道泄漏事故不断发生，给国家的经济带来巨大损失，人员伤害及环境污染。

建立管道泄漏监测系统，及时准确报告事故的范围和程度，可以最大限度地减少经济损失和环境污染，这就要求输油管道泄漏监测系统具有以下几个基本特性[1]：

泄漏监测的灵敏性，实时性，定位的准确性。

　　早期石油天然气管道的泄漏检测主要是直接观察法，由有经验的技术人员携带检测仪器设备或经过训练的动物分段对管道进行泄漏检测和定位。

通过看、闻、听或其他方式来判断是否有泄漏发生。

这类方法具有定位精确度高和较低的误报率的特点，但不能及时发现泄漏，检测只能间断地进行。

　　本文提出了应用相关分析理论结合负压波法对管道泄漏进行检测并定位的方法。

该方法不需要详细了解管道内部流体性状，不需要建立管道正常和故障状态的数学模型，也无需人为从压力变化曲线图上去确定两个端点的压力变化突变点，避免了人为误差，大大地提高了系统的定位精度。

该检测方法不仅可以用于石油管道的泄漏检漏，也可以用于自来水管道的泄漏检测，具有很好的推广价值。

1负压波泄漏检测与定位原理

　　管道发生泄漏时，在泄漏处因流体的损失而引起局部流体密度减小，导致瞬时压力降低，出现速度差。

瞬时的压降作用在流体介质，形成一个负压波。

负压波以声速向管道上下游传播，利用设置在管道两端的压力传感器检测压力波信号，根据信号变化程度和变化的时间差，采用信号相关处理方法进行泄漏判定和泄漏定位。

　　负压波定位原理图如图1所示。

假设管道长度L、压力波传递速度v、油品的流速a。

　　由于压力波的传播速度一般在1000m/s以上，而油品的流速a=1.5～3m/s所以a可忽略不计。

得到常规的负压波法定位公式为:

　　由式

（1）可以得出：

根据负压波的传播速度和两端压力传感器捕捉到这种负压波的时间差就可以进行泄漏点的定位。

本文采用相关分析方法确定时间差。

2泄漏定位的相关算法

2.1相关函数的概念

　　对于两个不同的函数f1（t）和f2（t）,其相关函数记为：

　　式中，τ为延时时间（或位移）。

相关函数反映了两个不同函数的相似程度，因此可以描述两个信号之间有无关系或者其相似程度，被广泛应用在分析机械振动与声学测量等工程领域。

相关函数分析方法不仅是一种噪声过滤方法，滤除信号中的不相关成分，提高信噪比，提取弱信号，还可用来进行系统识别和故障诊断。

在管道泄漏检测方面就是利用了其时延估计的特点。

2.2相关分析法检测管道泄漏原理[2]

   在管道的首端（X点）和末端（Y点）通过传感器检测到的信号，设其样本函数分别为:

   当没有泄漏时,相关函数的值将维持在稳定值附近；当发生泄漏时,相关函数将Rxy（?

子）将发生较大的变化,当变化量达到一定数值（阈值）时，则认为管道发生泄漏。

当相关函数Rxy（τ）达到峰值时，所对应的值正好与所对应的压力波传播到两个端点的时间差相一致。

由于相关函数Rxy（τ）取极大值的必要条件为Rxy（τ）在τ0处的导数等于零，由此可求出τ0，并确定Δt=τ0。

在L和v已知的前提下利用公式

（1）即可计算出X的值，从而确定泄漏点的位置。

3管道泄漏检测系统组成

3.1管道泄漏检测系统简介

　　管道实时检测系统示意图如图2所示。

　　本系统建立在SCADA系统平台基础上，其总体结构由上位机与下位机构成。

　　下位机主要完成数据的采集与数据传输任务。

上位机作为系统的监控中心通过公用电话网轮流接通下位机MODEM后，向下位机定时发送传输命令，并接收下位机数据。

上位机将接收到的数据分别进行实时分析处理，重点对采集的信号进行相关算法的编程，并经终端显示，给出泄漏处的位置。

　　为了保证管道首末两端数据采集时间的同步、数据处理的实时性、提高泄漏检测的定位精度，本系统采用GPS技术实时校正首末端计算机的系统时间。

3.2管道泄漏检测系统中的相关算法

　　在实际应用中，泄漏点的压力信号经模数转换后的信号是离散时间序列。

计算数字信号的相关函数一般不直接应用公式（6）,而是利用互功率谱密度法。

其计算原理图如图3所示。

　　对两个输入信号x（n）、y（n）作傅氏变换得到x（k）、y（k）,两频谱相乘得互功率谱密度函数，由于相关函数的傅氏变换就是功率谱密度，因此对互功率谱密度作反变换就得到两个时域信号的互相关函数值，这种方法大大减少了计算量。

3.3管道泄漏检测系统中相关分析方法的关键技术

（1）阈值的选取[4]

　　阈值的选取直接影响到系统的检测精度。

阈值较大时系统灵敏度较低，但可靠性较高，即误报警数较少；阈值较小时系统灵敏度较高，但误报警数增多。

实际操作中的阈值必须通过大量实际数据的计算、比较后选出。

这些数据包括正常运行时的数据、工况变化时的数据和泄漏时的数据。

总的原则是使指标阈值大于正常运行状态时的指标函数值且低于绝大多数情况下泄漏试验中所达到的值。

（2）采样时间T的选取

　　T是一个非常重要的参数，直接影响到相关分析法检测和定位的灵敏性和可靠性。

由参考文献[5]可知，泄漏变换的时间约为200s,考虑到缓慢泄漏时的情况，采样时间可取400s。

　　（3）采样信号的去噪处理

　　由于工业现场的电磁干扰、输油泵的振动等因素，采集到的压力波信号序列附加了大量噪声。

在相关处理运算时，为了运算简便，通常认为泄漏信号与噪声信号各自独立，噪声NX（t）和NY（t）也不相关。

实际上，噪声可能来自独立的噪声源（即两者独立不相关），也可能来自公共噪声源（相