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输油管道泄漏监测与防盗录像报警系统

可行性方案

北京讯飞信息技术有限公司

目录

第一部分、输油管道泄漏数据监测系统 3
一、检漏技术综述 3
二、系统介绍 8
第二部分、输油管道泄漏图像监测系统 12
一、系统介绍 12
二、系统结构 12
三、系统功能参数 14
四、系统结构图 15

泄漏是长输管道运行中的主要故障。特别是近年来，犯罪分子打孔盗油非常猖獗，泄漏事故时有发生，给油田造成巨大的经济损失和环境污染。而且盗油分子机动性很强，往往等公安管理人员赶到现场前他们就消失的无影无踪了,难以取得实质证据.北京讯飞信息技术有限公司自住研制开发的远程泄漏监测与防盗录像报警监控系统很好的解决了困扰多年的这一难题,实现输油管道的泄漏监测，并通过各管道主要卡口的摄像机对某时间段通过该卡口的车辆和人员进行监控录像。对于及时发现泄漏故障、打击犯罪分子的嚣张气焰、减少盗油案件的发生、提高长输管道的现代化管理水平等都具有重要的意义。
第一部分、输油管道泄漏数据监测系统
一、检漏技术综述
输油管道泄漏监测技术在国外得到了广泛的应用，美国等发达国家立法要求管道必须采取有效的泄漏监测系统.
目前国内油田长距离输油管道大都没有安装泄漏自动检测系统，主要靠人工沿管线巡视，管线运行数据靠人工读取，这种情况对管道的安全运行十分不利.我国长距离输油管道泄漏监测技术的研究从九十年代开始已有相关报道,清华大学自动化系、天津大学精密仪器学院、北京大学、石油大学等都在这一方面做过研究。特别是近两年来由于输油管道打孔盗油犯罪猖獗,泄漏监测系统迅速得到推广应用,在实践中发挥了巨大的、不可替代的作用，有力地打击了犯罪分子的嚣张气焰,减少了盗油案件的发生和漏油损失，为保证输油正常生产作出了贡献。
总体来说，输油管道检漏方法主要有三类：巡视方法、直接检漏方法和软件分析方法。
（一）、 巡视方法
这是一种传统的泄漏检测方法，主要是用人或经过训练的动物(狗）沿管线行走查看管道附件的异常情况、闻管道中释放出的气味、听声音等，这种方法直接准确，但实时性差,耗费大量的人力。
（二、） 直接检漏方法
使用声传感器器、气体检测仪器等，如利用温度传感器测定泄漏处的温度变化，用沿管道铺设的多传感器电缆.声传感器是当泄漏发生时流体流出管道会发出声音，声波按照管道内流体的物理性质决定的速度传播,声传感器检测出这种波声而发现泄漏。如美国休斯顿声学系统公司（ASI）根据此原理研制的声学检漏系统（wavealert)，由多组传感器、译码器、无线发射器等组成，天线伸出地面和控制中心联系，这种方法受检测范围的限制必须沿管道安装很多声音传感器.气体检测仪则需使用便携式气体采样器沿管道行走，对泄漏的气体进行检测。
(三） 软件分析方法
它采用由SCADA系统提供的流量、压力、温度等数据，通过流量或压力变化、质量或体积平衡、动力模型和压力点分析软件的方法检测泄漏。国外公司非常重视输油管道的安全运行,管道泄漏监测技术比较成熟，并得到了广泛的应用。如壳牌公司经过长期的研究开发生产出了一种商标名称为ATMOS Pine的新型管道泄漏检测系统，ATMOS Pine是基于统计分析原理而设计出来的,利用优化序列分析法（序列概率比试验法）测定管道进出口流量和压力总体行为变化以检测泄漏，同时兼有先进的图形识别功能。该系统能够检测出1。6kg/s的泄漏而不发生误报警.
下面主要介绍常用的两种检漏方法：
1。 压力点分析
当长输管道发生泄漏时，泄漏处由于管道内外的压差，使泄漏处的压力突降，泄漏处周围的液体由于压差的存在向泄漏处补充，在管道内产生负压波动，这样过程从泄漏点向上、下游传播，并以指数律衰减，逐渐归于平静，这种压降波动和正常压力波动大不一样，具有几乎垂直的前缘。管道两端的压力传感器接收管道的瞬变压力信息，而判断泄漏的发生，通过测量泄漏时产生的瞬时压力波到达上游、下游两端的时间差和管道内的压力波的传播速度计算出泄漏点的位置。为了克服噪声干扰,可采用小波变换或相关分析、基于随机变量之间差异程度的kullback信息测度检测等方法对压力信号进行处理。前苏联从20世纪70年代开始研究和使用自动检漏技术,负压波检漏系统的普及,使输油管线泄漏事故减少88%。负压波的传播规律跟管道内的声音、水击波相同，其速度取决于管壁的弹性和液体的压缩性。国内曾经实测过大庆原油管道在平均油温44℃、密度845kg/m3时的水击波传播速度为1029m/s。对于一般原油钢质管道，负压波的速度约为1000～1200m/s，频率范围0.2~20kHz。压力点分析方法对于突发性泄漏比较敏感，能够在3min内检测到，适合于监视犯罪分子在管道上打孔盗油，但是对于缓慢增大的腐蚀渗漏不敏感。文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理,勿做商业用途
压力点分析法具有较快的响应速度和较高的定位精度。其定位公式为：

下 游
泵 站
L
上游 泵 站

X

Δx
p1 p2
上下游分别设置压力测点p1、p2，当管线在X处发生泄漏时，泄漏产生的负压波即以一定的速度α向两边传播，在t和tτ0时刻被传感器p1、p2检测到，对压力信号进行相关处理，式中α为波速,L为p1、p2之间的距离。 未发生泄漏时，相关系数Φ（τ）维持在某一值附近；当泄漏发生时,Φ（τ）将发生变化,而且当τ＝τ0时，Φ（τ)将达到最大值.
理论上:
解出定位公式如下：
式中:X 泄漏点距首端测压点的距离 m
L 管道全长m
a 压力波在管道介质中的传播速度 m/s
上、下游压力传感器接收压力波的时间差 s
由以上公式可知要实现准确的定位,必须精确的计算压力波在管道介质中的传播速度a和上、下游压力传感器接收压力波的时间差
压力波在管道介质中传播速度的确定
压力波在管道内传播的速度决定于液体的弹性、液体的密度和管材的弹性：

式中 ——管内压力波的传播速度，m/s；
K——液体的体积弹性系数，Pa;
——液体的密度，kg/m；
E—-管材的弹性,Pa；
D—-管道的直径，m；
e——管壁厚度，m；
C——与管道约束条件有关的修正系数；
式中弹性系数K和密度ρ随原油的温度变化而变化，因此，必须考虑温度对负压波波速的影响，对负压波波速进行温度修正。在理论计算的基础上，结合现场反复试验，可以比较准确的确定负压波的波速。
压力波时间差的确定
要确定压力波时间差，必须捕捉到两端压力波下降的拐点，采用有效的信号处理方法能够提高定位精度，如：Kullback信息测度法、相关分析法和小波变换法.

2。 流量检测
管道在正常运行状态下,管道输入和输出流量应该相等，泄漏发生时必然产生流量差，上游泵站的流量增大，下游泵站的流量减少。但是由于管道本身的弹性及流体性质变化等多种因素影响，首末两端的流量变化有一个过渡过程，所以，这种方法精度不高，也不能确定泄漏点的位置。德国的阿尔卑斯管道公司(TAL）原油管道上安装使用了该系统，将超声波流量计，夹合在管道外进行测量,然后根据管道温度、压力变化，计算出管道内总量,一旦出现不平衡,就说明出现泄漏.日本在《石油管道事业法》中也规定使用这种检漏系统,并且规定在30s中检测到泄漏量在80L以上时报警.流量差法不能定位，反应慢,但是可靠性较高，它跟压力波结合使用，可以大大减少误报警。
二、系统介绍
讯飞泄漏监测报警系统,使用计算机自动采集管道运行的相关数据，利用中国移动（GPRS）或者中国联通（CDMA)网进行实时数据传输，只要有手机信号的地方就可以实现输油信息数据和图像的传输。实现了自动地实时泄漏监测、报警和定位。在软件上采用了小波变换和相关分析两种信号处理方法同时进行泄漏监测和定位，并引进专家知识对工况扰动进行判断，提高了定位精度和抗干扰能力，减少了误报。实时监测系统实现了网络远程监视，只要在油田网上的计算机均可以看到生产数据,为网络化生产管理奠定了基础。
（一）、技术原理
实时检漏系统,主要采用监测管道两端压力的方法实现报警。当管道上某处突然发生泄漏时,在泄漏处将产生瞬态压力突降,这种负压波动以一定的速度自泄漏点向两端传播，上下游压力传感器捕捉到特定的瞬态压力降的波形，由软件进行泄漏判断.
（二）、系统构成
泄漏监测报警系统主要由下面三部分组成：
1． 数据采集部分：由数据处理机（含网络发送模块）、压力变送器（罗斯蒙特 ±0.1％）采集管道两端的压力、流量等数据。

网络（GPRS或CDMA）

数据处理机
数据处理机

压 力 监 测
流 量 监 测

压 力 监 测

流 量 监 测

联合站
输油管道
二号站
管道泄漏监测系统结构图

2。 通信部分：利用中国移动（GPRS）或者中国联通（CDMA）传输实时数据.报警中心可根据需要设在有网络的任何地方，最好设在调度，以便于迅速了解各站操作。
3。 软件：软件由数据采集部分、网络传输部分、数据分析报警、定位分析软件等组

成，软件作到了自动报警与人工分析定位相结合，提高了系统的适应能力和应用效果，减少了漏报和误报.将报警信号和视频摄像机联动,通过电子地图迅速定位偷油者位置，并自动对卡口进行视频录像。
（三）、技术水平
1、该系统可检测到的最小泄漏量<总输量的1％；
2、当泄漏量大于管输出量的1％时，定位误差约占总管长的1.6％，一般在± 500m的范围内；
3、泄漏检测报警和定位均可在泄漏发生后3分钟内完成。
4、摄像机系统可一天24小时录像，图像清晰，可储存一个月。为公安部门保留了重要证据
(四)、系统特点
1、系统长年使用,运行稳定可靠;
2、在软件上以自动和人工分析相结合,基本上避免了漏报和误报,提高了应用效果;
3、适应性强，不用考虑介质情况、压力、流量是否平稳等管道情况；
4、操作简单，对值班人员无较高要求;
5、系统以GPRS或CDMA为通信方式，灵活方便，成本低。
（五）、使用举例

1、常见盗油曲线

（中铁蒺藜)

（偷油时胶管破裂现场漏油）

第二部分、输油管道泄漏图像监测系统
一、系统介绍
讯飞CDMA无线网络视频监控系统是一套完善的网络多媒体视频监控系统。它把摄像机拍摄的图片信息经过NMVS网络多媒体视频服务器压缩，通过智能无线通讯终端发射到CDMA网络。根据应用,把实时动态图像传到距离用户最近的联通通信网络.可以通过Internet从系统中控端得到实时图像信息。 该系统整合了CDMA网络和Internet网络的优势，在空间和距离上产生突破性拓展。
二、系统结构
系统主要由以下三部分组成：
·   视频的采集压缩模块
·   无线的数据传输模块
·   中心的监控管理平台
1、 前端视频采集模块

前端的视频采集模块实现的功能是从普通的视频摄像头中捕捉瞬时的视频信号,然后压缩成JPEG文件。该模块支持不同的压缩比和图像大小，用户可以根据需要设置最佳的要求。为了某些用户可能一个监控点需要多个监控角度,我们的采集模块支持四路的视频输入，等待监控中心的采集命令。
 2、无线传输模块
视频采集压缩后就可以将压缩好的视频图像文件传送到中心:传送的方式是通过联通的CDMA网络,系统具有CDMA的PPP拨号过程，并嵌入式地实现了TCP/IP协议、POP3/SMTP协议，同时支持域名解析。
无线传输模块支持两种的通信方式：
    1.  触发模式：给模块一个连接信息,比如一个振铃或者给它发一条连接指令的短信,模块即可马上连接上来；
    2。  始终在线模式：模块一上电，初始化成功后立即拨号连接指定的服务器,然后等待中心的采集命令。
2、 监控中心

监控中心只要是一台具有公网IP或者域名的服务器即可.启动服务后，就等待各个监控终端的连接，对于始终在线模式的终端，可以按照需要查询当前的图像情况,也可以自动不停地记录监控点的图像变化 .并结合移动终端，比如手机,指挥车，也能够查询图像.
三、系统功能参数
1、协议
　　CDMA服务协议：PPP，TCP/IP
　　数据链路传输方式: TCP/UDP
　　应用协议：POP3/SMTP，DNS
2、采集方式
　　触发方式/连续采集方式
3、图像参数
　　压缩比：可调
　　压缩算法:MPEG4
　　图像尺寸:可调
4、接口
　　图像接口：75ΩBNC
　　电气特性：RS232/RS485；
　　串口配置：19200bps，8位数据位，1位停止位，无校验（缺省）
　　SIM卡接口:标准UIM卡座（CDMA）
　　工作电压:12V
　　天线： SMA 50Ω
5、环境参数
　　温度：—10℃至40℃
　　湿度：90% 非凝结
四、系统结构图

图：图像监控系统结构示意图

图：输油管道整体监测监控示意

图:输油管道整体监测监控示意

图：控制中心电子地图示意

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