管道泄漏預(yù)警監(jiān)測(cè)

《HKH系列管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)》是我公司依照API1155標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合各種不同管道的綜合特性研制開發(fā)的，是基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能型管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件。它克服了傳統(tǒng)方法的不足之處，能夠在多種復(fù)雜情況下對(duì)各種大小泄漏進(jìn)行及時(shí)報(bào)警和準(zhǔn)確定位。目前,該技術(shù)以其廣泛的適應(yīng)性、優(yōu)良的性能在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。

HKH系統(tǒng)是一套全自動(dòng)實(shí)時(shí)管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，最小的網(wǎng)絡(luò)可以由一段只有一對(duì)進(jìn)出口的管道組成，多則無限。只要網(wǎng)絡(luò)能夠不間斷地采集到管道每一個(gè)端口和必要節(jié)點(diǎn)的流量、壓力等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就能及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)管道的泄漏，精確判定泄漏位置及泄漏量，完整的記錄泄漏過程，無需人為設(shè)置參數(shù)，完全實(shí)現(xiàn)了智能監(jiān)測(cè)。HKH系統(tǒng)適用于各種流體輸送管道，諸如長距離輸送成品油管道、原油管道、氣體介質(zhì)管道、油田外輸管道、油田集輸管道、多相流混和輸送管道等。不但適用于流量和壓力較平穩(wěn)的環(huán)境，流量和壓力波動(dòng)較大的環(huán)境同樣適用，并且能滿足特殊山區(qū)輸油管道的泄漏監(jiān)測(cè)。

HKH管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種采用核心算法和關(guān)鍵技術(shù)量身定做的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。因?yàn)楣艿拦ぷ鬟^程千差萬別，沒有一個(gè)固定不變的模型可以套用。這種技術(shù)不是讓所有不同工況的管道去適應(yīng)一種固定的泄漏監(jiān)測(cè)程序，而是讓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)去首先了解不同管道的特征，讓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)去適應(yīng)去識(shí)別每一條具體的管道。這一特點(diǎn)決定了每一條管道最終都會(huì)有一套最適應(yīng)其工藝特點(diǎn)的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這也是HKH系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種管道泄漏監(jiān)測(cè)的原因。

HKH管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)是一種新穎的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ，是以模仿人類大腦拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開發(fā)的軟件，將網(wǎng)絡(luò)思想與模糊邏輯推理思想相結(jié)合，形成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

在這種網(wǎng)絡(luò)中，在采集的流量壓力數(shù)據(jù)中篩選出次聲波的數(shù)據(jù)，將抽取的次聲波數(shù)據(jù)樣板分成若干個(gè)單元，各單元表示管道不同的工作狀態(tài)，單元之間的連接權(quán)表示相應(yīng)模糊概念之間的因果關(guān)系。這種網(wǎng)絡(luò)可以表達(dá)人們積累的知識(shí)，同時(shí)，它在工作中通過自學(xué)習(xí)又不斷的積累和更新已有的知識(shí)。因?yàn)楣艿澜^大多數(shù)時(shí)間是不會(huì)泄漏的，這就給網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提供了充分的條件，所以知道了什么是正常工作不該報(bào)警，也就識(shí)別出了什么是泄漏，因此，這種方法不需建立泄漏模型庫，不必進(jìn)行復(fù)雜費(fèi)時(shí)的規(guī)則搜索、推理，而只須通過高速并行分布計(jì)算就可產(chǎn)生正確的輸出結(jié)果。

毫無疑問，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型是核心技術(shù)。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)全靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，由人事先確定，還沒有一種系統(tǒng)的方法來確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是，采用遺傳算法可以優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使管道泄漏的識(shí)別能力得以極大的提高。下圖中的藍(lán)色線就是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出曲線，從圖可以看出，盡管流量、壓力變化很大，在不發(fā)生泄漏時(shí)藍(lán)色曲線幾乎是一條直線，它只在極小的范圍波動(dòng)，一旦發(fā)生泄漏，它就立刻變大，其大小隨著泄漏量波動(dòng)，而與當(dāng)時(shí)的管道壓力、流量沒有關(guān)系。若沒有網(wǎng)絡(luò)輸出曲線作為判別依據(jù)，識(shí)別出這樣的泄漏幾乎是不可能的。HKH3.0版軟件在各條管道應(yīng)用中的突出表現(xiàn)，已經(jīng)充分地證明了它的優(yōu)越特性。

HKH管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析管道運(yùn)行狀態(tài)依據(jù)的是次聲波。不論液體還是氣體，其本身作為聲波傳播介質(zhì)的同時(shí)也是聲源體。流體在管道中輸送時(shí)，受各種因素影響，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間時(shí)而疏松，時(shí)而緊密，因而產(chǎn)生壓強(qiáng)忽小、忽大變化的壓力波，也就是聲波；一旦管道發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生聲波；這兩種波動(dòng)都導(dǎo)致了流量的變化，這從P—T和Q—T曲線上可以看得很清楚，這就是分析管道運(yùn)行狀態(tài)和泄漏的基礎(chǔ)。經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn)，借助于頻譜分析，我們可以看到，這些幾乎涵蓋全波段的聲波都會(huì)在介質(zhì)中傳播，但是，波長比較短的超聲波和可聞聲波在距離聲源不太遠(yuǎn)的位置就逐漸被介質(zhì)吸收而消失了，而且波長越短，吸收衰減的也越快，只有次聲波傳播的距離較遠(yuǎn)，能傳到幾千米至十幾萬千米以外。次聲波的傳播速度和可聞聲波相同，雖然它不能引起人們聽覺器官的感覺，但它對(duì)我們分析管道泄漏具有無可替代的應(yīng)用價(jià)值。管道泄漏后會(huì)產(chǎn)生各頻段的聲波，如果想通過可聞聲波和超聲波監(jiān)測(cè)管道泄漏，只有在管道沿程裝有很多傳感器，而這樣做顯然是不合理的。管道一旦發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)聲源中只有剩下來未被吸收的次聲波信號(hào)能夠傳到遠(yuǎn)端的傳感器。只要泄漏點(diǎn)不是出現(xiàn)在傳感器附近，傳感器也就只能檢測(cè)到泄漏所產(chǎn)生的次聲波部分。

所以，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管道泄漏，只有分析次聲波才有價(jià)值。為了通過次聲波獲得管道泄漏信息，就必須有合適的傳感器。研究表明，對(duì)于一個(gè)工作壓力區(qū)遠(yuǎn)大于其波動(dòng)壓力的管道，監(jiān)測(cè)可聞聲波和超聲波可以采用聲傳感器，但監(jiān)測(cè)次聲波就不行了。因?yàn)楣艿腊l(fā)生泄漏產(chǎn)生的次聲波都是多頻譜的合成波，很復(fù)雜，頻域和幅值變化差異非常大，監(jiān)測(cè)管道泄漏對(duì)信息的要求是不失真的監(jiān)測(cè)到任何流體狀態(tài)的變化，要求傳感器的頻響范圍足夠?qū)挘话汶娙菔綁毫ψ兯推黝l率相應(yīng)區(qū)0～10Hz，采用擴(kuò)散硅傳感器制造的壓力變送器可以達(dá)到0～1000Hz；在強(qiáng)度變化上，變化的區(qū)間達(dá)幾帕～數(shù)十兆帕，不可能制造出這樣的次聲波傳感器，所以，壓力變送器是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管道泄漏的最好傳感器。

HKH管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用次聲波監(jiān)測(cè)的某一段管道時(shí)，不必在管道上裝聲傳感器，直接通過壓力變送器和流量計(jì)采集至少兩個(gè)端點(diǎn)的壓力、流量信號(hào)，將這些含有各種頻率的壓力、流量信號(hào)存入數(shù)據(jù)庫。然后進(jìn)行頻譜分析，將分析選出的次聲波信號(hào)分類，提取其特征，再存入數(shù)據(jù)庫，以備泄漏分析使用。因?yàn)槁暡ㄔ趥鬏斶^程中依頻率變化由高到低成指數(shù)規(guī)律衰減，泄漏信號(hào)在管道內(nèi)流體中同時(shí)向兩邊傳播，根據(jù)這些特點(diǎn)，我們可以從信號(hào)的頻率和幅值兩個(gè)條件上判斷信號(hào)源發(fā)生的位置，將這些不同特點(diǎn)的信息作為神經(jīng)元的輸入信號(hào)，經(jīng)過處理，就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道泄漏，同時(shí)做到?jīng)]有誤報(bào)警。

HKH管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件要求采集被監(jiān)測(cè)管道所有端口的流量和壓力信號(hào)以及必要時(shí)的密度、溫度信號(hào)，在管道已有SCADA系統(tǒng)的環(huán)境下應(yīng)用時(shí)，HKH系列管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件可以通過相關(guān)通訊協(xié)議（如OPC協(xié)議）直接與SCADA系統(tǒng)相連接，以便從SCADA系統(tǒng)中直接獲得這些數(shù)據(jù)，當(dāng)SCADA系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)無法滿足HKH系統(tǒng)軟件的要求時(shí)，可以將SCADA系統(tǒng)儀表的信號(hào)通過加裝隔離器的方法分離出來，由HKH管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)各自互不干擾的獨(dú)立采集數(shù)據(jù)。在這種情況下，可以考慮HKH管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否需要單獨(dú)建立一套與SCADA系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的通訊系統(tǒng)，也可以考慮讓這套系統(tǒng)采集更多的數(shù)據(jù)、處理更多的事務(wù)，從而構(gòu)成一個(gè)以管道泄漏監(jiān)測(cè)為主要任務(wù)的備用管道SCADA系統(tǒng)。

長輸管道設(shè)計(jì)采用HKH管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該考慮在每個(gè)站點(diǎn)都配置監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)，雖然只要有次聲波信號(hào)無論多遠(yuǎn)都能對(duì)泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是距離愈遠(yuǎn)信號(hào)衰減愈嚴(yán)重，發(fā)現(xiàn)小泄漏的幾率就會(huì)下降，同時(shí)，由于遠(yuǎn)距離信號(hào)畸變與近端聲波信號(hào)疊加的緣故，也會(huì)導(dǎo)致定位誤差的加大。

在沒有SCADA系統(tǒng)、或監(jiān)測(cè)儀表不完整、通訊條件比較差的條件下，選擇HKH系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該考慮配置基本齊全的監(jiān)測(cè)儀表，按一般設(shè)計(jì)儀表選型原則均可以滿足要求，如果是含有氣體的混合輸送管道，最好選擇轉(zhuǎn)動(dòng)均勻和壓差損失小的容積式流量計(jì)，比如螺旋轉(zhuǎn)子流量計(jì)、刮版流量計(jì)。制定合理的通訊方案，安排放置監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)與附屬設(shè)備的環(huán)境。購買方應(yīng)該和HKH系統(tǒng)的銷售商聯(lián)系，以便根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體條件和要求制定最佳方案。如果一端有流量計(jì)另一端裝流量計(jì)不方便，在合適的情況下也可以選擇采用微差壓變送器替代流量計(jì)，具體選擇辦法請(qǐng)和你的服務(wù)商聯(lián)系。

系統(tǒng)通訊方式可以根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)情況靈活選擇，一般采用以局域網(wǎng)為主，以VPN為輔的通訊方式。

局域網(wǎng)通訊由客戶端和服務(wù)器構(gòu)成，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速度快，質(zhì)量高，VPN則是依靠互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)構(gòu)建的包含IPSec隧道協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，它具有成本低、安全性高、易擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)特性。HKH系統(tǒng)將二者有機(jī)的結(jié)合，以局域網(wǎng)通訊為主通訊方式，VPN為備用通訊方式，一旦主通訊方式出現(xiàn)故障則啟用備用通訊方式，以保證系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行狀況。

現(xiàn)場(chǎng)可以選擇采用控制柜、操作臺(tái)或計(jì)算機(jī)桌來放置計(jì)算機(jī)，機(jī)柜或控制臺(tái)宜選擇與原有其他控制設(shè)備外觀一致的產(chǎn)品。在不需要人工觀察的場(chǎng)合，也可以選擇壁掛式小機(jī)箱。這里給出的機(jī)柜和控制臺(tái)可供參考，只要購買方?jīng)]有提出特別具體要求，賣方將優(yōu)先提供本圖樣式控制臺(tái)或機(jī)柜。