1、iSafe油氣管道泄漏在線監測系統解決方案一、概述1.1 國油氣管道現狀中國油氣管道建設一直以突飛猛進的速度增長。新中國成立伊始，中國油氣管道幾乎一片空白，2004年我國油氣管道總長度還不到3萬千米，但截至2015年4月，油氣管道總長度已達近14萬公里，油氣管網是能源輸送的大動脈。過去10年，我國油氣管網建設加速推進，覆蓋全國的油氣管網初步形成，東北、西北、西南和海上四大油氣通道戰略布局基本完成。頻發的事故與不斷上升的傷亡數字，也成為伴隨著中國油氣管道行業高速發展的陰影。2000年，中原油田輸氣管道發生惡性爆炸事故，造成15人死亡、56人受傷；2002年，市天然氣管道腐蝕穿孔，發生天然氣泄漏爆

2、炸，造成6人死亡、5人受傷；2004年，省市發生天然氣管道爆炸，5人死亡、35人受傷；2006年，省仁壽縣富加輸氣站進站管道發生爆炸，造成10人死亡、3人重傷、47人輕傷。2013年11月22日黃島區，中石化輸油儲運公司濰坊分公司輸油管線破裂后發生爆炸，造成62人遇難。多發的管道事故特別是一些重大的油氣泄漏、火災爆炸等惡性事故對人身安全、自然環境造成了巨大危害。1.2 國家和政府的要求自2013年底開展油氣輸送管道安全隱患專項排查整治以來，各地區、各有關部門和單位協同行動、共同努力，取得了積極進展，全國共排查出油氣輸送管道占壓、安全距離不足、不滿足安全要求交叉穿越等安全隱患近3萬處。2014年

3、9月，國務院安委會發布關于深入開展油氣輸送管道隱患整治攻堅戰的通知，要求完善油氣輸送管道保護和安全運行等法律法規、標準規、安全生產監管體系和應急體系建設。1.3 系統建設目標管道的完整性和安全運營的重要性和必要性顯得尤為突出。為確保管道安全運行，消除事故隱患，保護環境，迫切需要對油氣管道建設可靠的泄漏監測系統。用音波法、負壓波法、質量平衡法融合一起的管道泄漏監測系統對壓力管道進行泄漏監測是目前最先進、最可靠的泄漏監測技術。iSafe管道泄漏監測系統采用音波法、負壓波法、質量平衡法三種方法融合的管道泄漏監測技術，能準確迅速發現泄漏并確定油氣管道泄漏位置。二、技術方案2.1 現有管道管理及技術手段

4、分析國外從20世紀70年代就開始對管道泄漏檢測技術進行了研究。國管道泄漏技術的研究起步較晚，但發展很快。目前，國現有的泄漏檢測方法從最早的人工沿管路分段巡視檢漏發展到較復雜的利用計算機軟件和硬件相結合的方法；從陸地管道檢測技術發展到海底檢測。其中，根據測量分析的媒介不同可分為直接檢測法與間接檢測法。直接檢測法指直接用測量裝置對管線周圍的介質進行測量，判斷有無泄漏產生。主要有直接觀察法，氣體法，清管器法。間接檢測法是根據泄漏引起的管道流量、壓力等參數及聲、光、電等方面變化進行泄漏檢測。主要有水壓、氣壓檢測法，質量、體積平衡法，壓力點分析法，負壓波檢測法、音波法等。隨著世界各國管道建設的快速發展，

5、管道泄漏監測技術也伴隨發展幾十年。從油氣管道泄漏監測的歷史來看，國外早期的監測技術手段大多采用壓力點分析法，負壓波檢測法，光學檢測法，聲發射技術法，動態模擬法，統計檢測法等方法。目前的泄漏監測和定位手段是多學科多技術的集成，特別是隨著傳感器技術、模式識別技術、通信技術、信號處理技術和模糊邏輯、神經網絡、專家系統等人工智能技術等發展，為泄漏檢測定位方法帶來了新的活力，可對諸如流量、壓力、溫度、密度、粘度等管道和流體信息進行采集和處理，通過建立數學模型或通過信號處理，或通過神經網絡的模式分類、或通過模糊理論對檢測區域或信號進行模糊劃分，從而提取故障特征等基于知識的方法進行檢測和定位。將建立管道的數

6、學模型和某種信號處理方法相結合、將管外檢測技術和管檢測技術相結合、將智能方法引入監測和定位技術實現智能檢測、機器人檢測和定位等作為研究方向。根據管道泄漏監測檢測技術的特點，油氣管道的泄漏監測技術應用以負壓波法、音波法、質量平衡法為主有條件的地區，還可采用人工巡檢相結合的方法。幾種檢漏方法配合使用，相互補充，組成可靠性和經濟性均得到綜合優化的檢漏系統，可使管道泄漏得到很好的控制。2.2 iSafe管道泄漏監測系統技術原理管道泄漏是一個瞬態變化過程，泄漏瞬間將產生各種頻率的聲波信號。頻率小于10Hz的音波信號具有頻率低、波長長、穿透力強和傳輸衰減小的特點，適合用于管道泄漏監測。低頻音波在海洋里傳播

7、數千公里的距離后仍可被有效的監測到。管道泄漏產生的音波信號在系統中顯示如圖1.1。圖1.1管道泄漏產生的音波信號音波法、負壓波法、質量平衡法三種方法結合的管道泄漏監測系統具有靈敏度高、誤報率低、定位精度高等優點。其工作原理是：當管線發生泄漏事故時，泄漏點處產生的音波/壓力波沿管道向上、下游傳播，利用管段上下游安裝的音波傳感器陣列/壓力傳感器檢測到音波/壓力波到達的時間差和聲波在管道中的傳播速度，可以確定泄漏點位置。具體實現包括，傳感器接收到的管音波信號通過電纜傳給ACU（Acoustic Controller Unit，聲學監控終端）或壓力信號傳給RTU，ACU/RTU將模擬音波信號轉換為數字

8、信號，通過時間同步、噪聲抑制、干擾抵消和模擬識別等處理，判斷是否出現泄漏，并確定接收到泄漏音波信號的時刻。ACU/RTU將通過網絡將泄漏監測狀態信息傳輸給泄漏監測服務器，泄漏監測服務器根據音波/壓力波傳播速度、管段信息及管段兩端傳感器接收到泄漏音波的時間差，計算泄漏位置。2.3 管道泄漏監測系統的國外產品對比分析目前管道安全測漏主要的競爭對手包括，國外的如美國休斯敦聲學系統公司ASI，基于次聲波法的WaveAlert系統，是利用管道兩端安裝的次聲波傳感器對管道泄漏瞬間流體高速流出發出的次聲波信號進行實時監測來定位泄漏發生的位置。英國殼牌公司研發的ATMOS Pine的管道泄漏檢測系統是基于統計

9、分析原理，利用SCADA系統提供的流量、壓力、溫度等數據，通過流量或壓力變化、質量或體積平衡、動力模型和壓力點分析，利用優化序列分析法來檢測泄漏。澳大利亞Future Fiber Technologies公司(FFT)開發和研制的光纖管道安全防御系統(FFT Secure Pipe TM)利用油氣管道同溝鋪設的通訊光纖實時地采集來自管道周邊10米圍、對管道構成威脅的行為所產生的各類震動，位移，監測管道運行狀況。但國外產品價格昂貴，而且本地化的技術支持和維護服務都存在很大問題。目前國油田長距離輸油管道大都沒有安裝泄漏自動檢測系統，主要靠人工沿管線巡視，管線運行數據靠人工讀取，這種情況對管道的安全

10、運行非常不利。我國長距離輸油管道泄漏監測技術的研究從九十年代開始已有相關報道，但只是近幾年才真正取得突破，在生產中發揮作用。清華大學自動化系、大學精密儀器學院、大學、西南石油大學、中國計量院等都在這一方面做過研究。國公司有華北油田新貝達公司、昊科航公司、東營五色石測漏技術等。但國研究機構和國公司的測漏產品基本上都是采用基于壓力波（負壓波）法的管道泄漏監測系統或者是流量檢測法。負壓波系統檢測靈敏度低，而且無法用于氣體管道測漏。流量法系統只能初略判斷是否泄漏，無法定位。此外還有一些國公司利用光纖的震動和溫度變化對管道進行預警，像中石油管道通信電力工程總公司自主研發的“光纖管道安全預警系統”，可以應

11、用于已鋪設光纖的新管線，而對于老管線來說需要重新鋪設光纖，造價昂貴。2.4 iSafe管道泄漏監測系統的優勢和特點iSafe管道泄漏監測系統綜合了音波法、負壓波法、質量平衡法等多種管道泄漏監測技術的優勢，進一步提高了發現油氣管道泄漏的速度和對管道泄漏位置判定的準確度。iSafe管道泄漏監測綜合方案發揮質量平衡法綜合計算判斷泄漏量的長處，通過負壓波、音波法彌補質量平衡法響應時間慢、不能準確定位的缺點，提高整個系統的靈敏性、準確性、可靠性和魯棒性。同時，通過負壓波、音波法對各種檢測參數進行綜合判斷，從而達到負壓波法彌補音波法對于非常緩慢的泄漏不易檢測的缺點；同時，音波法彌補負壓波法瞬時泄漏不易識別

12、和容易同其他非泄漏因素引起的壓力下降相混淆的不足。最終實現泄漏監測報警系統具有響應時間短、靈敏度高（0.5%流量）、誤報率低、定位準確、避免漏而不報的特點。iSafe管道泄漏監測系統的推廣和應用，必將大大提高管道泄漏監測的性能和質量，為管道的安全運行提供強有力的保障。根據國外的實踐結果，音波法融合負壓波法可以監控氣體管道、液體管道和多相流管道的泄漏，可用于監控地面管道、埋地管道、海底管道和各種復雜的管網系統。iSafe管道泄漏監測系統具有如下優點：Ø 極小的泄漏孔徑，最小可測泄漏孔徑6-20毫米，具體管段參數受相應的背景噪聲、運行壓力等影響；Ø 最小可測泄漏率0.51.5%

13、；Ø 定位精度高，定位誤差小于±100m；Ø 非常低的誤報率，正常情況下，系統誤報率小于30次/年；Ø 有效作用距離長，系統監控距離可達3050公里，最長可延長到100公里；Ø 泄漏報警數據能夠在泄漏檢測主機上存儲至少6個月；Ø 系統能夠對自身工作狀態進行自檢，能夠實時將傳感器、GPS等工作狀態進行顯示；Ø 設備穩定可靠，在國多條管道上得到成功的應用，具備本地化的技術支持和維護。2.5 總體技術框架音波以管道部介質為載體，以聲速向兩端傳播。由于音波信號頻率低，傳輸衰減小，可以實現遠距離傳播。音波管道泄漏監測儀安裝在管道的上下

14、游段，捕捉泄漏聲波信號，并根據泄漏聲波到達管道首、末端聲波管道泄漏監測儀的時間差（這個時間差由GPS進行授時），計算出泄漏點的具體位置。iSafe管道泄漏監測系統工作原理如下：Ø 管道泄漏瞬間，輸送介質從泄漏點高速流出，將產生高強度音波，次 聲波沿管道介質向兩端傳播。Ø ACU通過安裝在管段兩端的傳感器接收到音波信號，識別音波信號，判斷管道是否發生泄漏，并通過網絡將處理結果傳送到服務器。Ø 泄漏監測服務器進行實時處理，如果管道發生泄漏，泄漏監測服務器利用管段兩端ACU接收音波信號的時間差，計算出泄漏發生位置。負壓波法泄漏監測定位計算方法與音波法基本相同，通過計算泄

15、漏信號傳輸到安裝在管段兩端傳感器（對于負壓波為壓力變送器，對于音波為音波傳感器）的時間差，結合信號在流體中的傳輸速度，就可以計算泄漏點位置。定位示意圖如圖2所示。傳感器傳感器xL管道泄漏點t1t2) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (圖2 負壓波法定位示意圖定位公式： 其中：X 泄漏點距首端測量點的距離（m）；L 管道全

16、長（m）；a 管輸介質中聲波的傳播速度（m/s）；Dt 接收上、下游傳感器信號的時間差（s）。2.6 系統功能框架iSafe管道泄漏監測系統框圖如下所示。該系統主要設備是ACU和泄漏監測服務器。iSafe管道泄漏監測系統運行需要客戶提供計算機通信網絡支持。圖2.1 iSafe管道泄漏監測系統原理圖2.6.1 ACU終端（聲學監控終端）iSafe管道泄漏監測系統ACU終端主要功能列表如下：l 數據采集：iSafe ACU采集音波傳感器數據；l GPS授時：將音波數據與GPS時間進行同步；l 數據傳輸：向iSafe服務器傳送音波數據；l 工作狀態監控：對音波傳感器、GPS及網絡狀態進行自檢；l 數

17、據存儲顯示：對音波數據進行存儲與顯示。iSafe管道泄漏監測系統ACU終端主要功能是采集音波信號并傳輸到泄漏監測服務器，安放在站場或者閥室、控制室，能夠采集管道流體傳播的音波信號，經過信號調理，GPS同步，然后轉換成數字信號，通過先進的信號處理算法判斷該聲波信號是否為泄漏信號。ACU終端還具有自檢功能，能夠實時的將傳感器、GPS等設備的工作狀況進行顯示。ACU終端包括音波傳感器、GPS和信號處理機等部件。圖2.2 iSafe聲學監控終端ACU濕式音波傳感器：iSafe管道泄漏監測系統的主傳感器采用專用濕式音波傳感器。濕式音波傳感器靈敏度高，能夠將管道中的聲波信號轉換為電流信號，傳輸給前端處理模

18、塊。濕式音波傳感器的監聽圍通常在3050公里。濕式傳感器采用4-20mA標準電流信號進行傳輸，工作溫度為-4085攝氏度。為保證信號不受到干擾，線纜通常選用2*1.5鎧裝對絞屏蔽信號電纜，通常，信號電纜長度小于300米。濕式傳感器和壓力傳感器的典型安裝方式如下圖所示：圖2.3 濕式音波傳感器和壓力傳感器的安裝方式信號調理模塊：經過長距離傳輸后，管道泄漏產生的音波信號衰減較大。信號調理模塊將對音波信號進行調理，提取有效音波信號，并傳遞給ACU，同時對傳感器的工作狀態進行實時監控，一旦出現異常，也會在第一時間將故障信息傳遞給ACU，保證系統的正常工作狀態。GPS：GPS同步是系統精確定位的重要手段

19、，為了保證ACU采集的同步性，每個站點都需要安裝GPS來實現同步的數據采集，GPS天線需要安裝在每個站點的ACU室屋頂，無遮擋的高處，高于屋頂0.5米以上。通過GPS獲取精準的時間，便于對各監控節點進行精確時間同步。GPS時間同步設備采用高輸出精度的GPS接收機（±100ns）來實現。低功耗ACU：低功耗ACU安裝在管道沿線的站場或者閥室。并配套蓄電池組和太陽能充電系統、電源線、信號線、GPS饋線、GPS避雷器、浪涌保護器等使用，將現場傳感器采集到的信號通過ACU運行采集的程序，利用采集卡把音波信號轉換為數字信號，并通過通信網絡傳送給泄漏監測服務器，整個ACU采用蓄電池組和太陽能充電

20、系統進行供電，功率5W10W。低功耗ACU的通訊通常采用4G/3G/GPRS的方式。圖2.3 低功耗ACU方案2.6.2 iSafe-RTU終端iSafe-RTU終端主要功能是實時采集多通道的壓力信號，并通過Modbus總線或OPC服務將壓力數據傳輸到泄漏監測服務器，安放在站場或者閥室、控制室。iSafe-RTU需要通過GPS授時模塊進行分布式的數據同步。iSafe-RTU終端包括壓力傳感器、GPS和RTU等部件。2.6.3 泄漏監測服務器iSafe管道泄漏監測系統服務器主要功能列表如下：l 泄漏檢測及定位；l 對音波數據進行接收并實時顯示；l 對音波信號進行實時分析；l 歷史數據分析；l 配

21、置管道信息；l 對數據進行存儲。泄漏監測服務器由硬件和軟件組成，硬件一般使用高性價比、高穩定性的PC服務器，軟件是擁有自主知識產權的管道泄漏監測軟件。系統硬件要求處理器為至強2.0GHz以上CPU，存大于4GB，單塊硬盤容量大于600GB。該服務器主要完成將不同地點的ACU數據進行匯聚，系統軟件與ACU通信，建立并維護各ACU的通訊信道；利用各GPS時鐘信號對其發送的數據進行精確時間同步。系統軟件可從SCADA系統獲取流量、壓力、在線密度等參數，以進一步提高系統可靠性，降低誤報率。系統軟件處理和識別各ACU的音波數據，判斷管道是否發生泄漏。依據管網的拓撲結構以及音波信號到達各ACU的時間差，計

22、算泄漏位置。系統軟件保存各個ACU傳送來的原始數據以及中間數據，以便進一步分析處理。管道泄漏發生的時間、地點等關鍵信息保存在數據庫中，程序重新啟動后泄漏信息仍然保留。泄漏監測系統軟件運行人機界面，人機界面顯示管道走向，在管道上顯示安裝ACU的監控節點位置。發生泄漏時，系統發出聲音報警，并在管道泄漏的位置顯示泄漏圖標，同時在監控畫面的泄漏信息欄上標明泄漏時刻、泄漏位置等信息。系統軟件具有自動診斷功能，能夠對斷電自啟動，通信鏈路、聲波采集、GPS等模塊進行自動診斷、報警、提示。人機界面可查看系統的具體參數，如果系統工作不正常可以發現出錯部位及原因。2.6.4 通訊系統iSafe管道泄漏監測系統使用

23、計算機網絡進行通信。ACU的音波數據通過通訊網絡傳送到泄漏監測服務器，監控終端與泄漏監測服務器也通過通訊網絡相連接。iSafe管道泄漏監測系統通常直接使用管道SCADA系統現有的通信網絡。為保證網絡通信可靠性，建議系統通信使用已有光纖網絡。如果管道沒有通信網絡，需要另購網絡設備，通過ADSL3G等方式組建計算機網絡。ACU與服務器之間傳送的數據已經過加密，可以通過公網傳輸。另外系統有嚴格的數據完整檢查和出錯重傳機制，保證每條數據都準確可靠地傳遞，在網絡環境惡劣情況下能正常工作。2.7 系統數據框架2.8 系統集成應用iSafe管道泄漏監測系統與SCADA系統、人機界面及其他第三方軟件采用OPC

24、標準進行通信。iSafe管道泄漏監測系統可以通過OPC接口從SCADA系統獲取壓力、溫度和流量等數據，以進一步提高系統可靠性，降低誤報率。iSafe管道泄漏監測系統通過OPC接口向人機界面軟件，如Citect, IFix和Labview等提供系統運行狀態，管道泄漏報警燈信息。用戶在人機界面的各種操作也通過OPC接口傳遞給iSafe管道泄漏監測系統核心模塊。iSafe管道泄漏監測系統支持通過OPC接口與其他系統進行通信，具有高度的靈活性。這些系統包括：三參數法管道泄漏監測系統、模擬仿真系統、管壁聲波預警系統、管道光纖預警系統、視頻監控系統等。三、實施方案3.1 系統部署環境要求在油氣安全泄漏監測

25、系統方案確定后，需要對系統所在安裝區域進行現場考察，經過對以往很多項目的現場考察結果來看，一般安裝儀器設備的區域現場環境都比較復雜；且每個項目的現場實施和工程方案都具有唯一性，所以只能主要歸納油氣安全泄漏監測系統現場施工方案的主體設備的安裝，主體設備的安裝包含以下四個主要設備的安裝。具體容如下： 1、ACU的安裝方案； 2、傳感器安裝方案； 3、GPS安裝方案； 4、泄漏監測服務器的安裝方案；經客戶確認的下列數據和圖紙，均為設計的基本依據：1）相關管道的基礎數據，包括：管道長度、管徑、運行壓力、流量圍以及其他相關數據。2）相關站場的工藝布置圖3）相關站場的供電原理圖4）相關站場的工藝流程圖5）

26、相關站場的建筑平面布置與電纜敷設圖6）相關站場的機柜典型安裝示意圖7）相關站場的PLC機柜、端子接線圖8）相關站場的變送器安裝示意圖9）相關站場的GPS天線安裝示意圖3.2 硬件產品規格說明3.2.1 聲學監控終端ACU主機的產品規格如下：產品名稱iSafe-ACU2000-Dn（n表示擁有該ACU擁有n通道模擬輸入）系統配置硬盤500G（可支持雙通道傳感器連續存儲3年數據）重量19KG尺寸長X高X深=432mm X132mmX530mm供電，功率交流220VAC，72W接口4通道次聲波傳感器輸入端口，4通道狀態顯示燈，1電源開關，1xDB15 VGA，2xUSB2.0，2x以太網口。操作溫度

27、環境空氣流通: -5°C 55°C (根據IEC60068-2-1, IEC60068-2-2, IEC60068-2-14)存儲溫度-20°C 80°C相對濕度10% 93% (無凝露)3.2.2 iSafe-RTU終端的產品規格如下：產品名稱iSafe-RTU-Dn（n表示擁有該RTU擁有n通道模擬輸入）物理接口工業以太網（1個千兆以太網RJ-45插孔）尺寸長X高X深=432mm X132mmX530mm電源通過iSafe-RTU背板總線，15V電流消耗來自背板總線，350mA；功率損耗，5.3W。絕緣測試電壓707VDC（型式測試）設計、尺寸和重量

28、模塊規格為緊湊型模塊，單寬帶防護等級IP20重量約350g尺寸(WxHxD)35x142x129mm安裝選項安裝在iSafe-RTU機架中3.2.3 監測服務器主機的產品規格如下：CPU類型Intel 至強E5-2600 v2 CPU主頻1.8GHz CPU型號Xeon E5-2603 v2 主板芯片組Intel C602存DDR3，8GB硬盤描述500GB 3.5英寸 SATA 7200Rpm硬盤顯示器描述Dell UltraSharp系列高性能顯示器顯卡芯片NVIDIA Quadro NVS310網卡描述英特爾82579千兆以太網控制器3.3 施工和安裝要求3.3.1 ACU的安裝ACU安

29、裝在主機柜，主機柜安裝在站場設備間。安裝位置必須保證無強電、強磁和強腐蝕性設備的干擾；（一般安裝在各個站點）主機安裝場所應干燥、灰塵小、且通風良好；主機安裝位置便于饋線、電源線、地線的布線；主機安裝在室。安裝主機的室不得放置易燃品；室溫度、濕度不能超過主機工作溫度、濕度的圍。機柜外型尺寸：可以根據現場業主要求進行選擇外形尺寸進行配備，ACU放置于主機柜中并且用螺釘穿過ACU面板剛性固定于主機柜中的承重支架上。ACU和機柜的防護等級為IP50。主機柜裝ACU，最大功率為80W，電源要220V交流電；機柜供電電源線及ACU信號線GPS信號線等一般從地下走暗線.。下表為ACU的正常工作環境：操作溫度

30、3065儲存溫度4585相對濕度095%，不凝固狀態(NonCondensing)輸入電壓220V/50Hz輸入電流（正常狀態）3A&24VDCACU設有2個通信網口，2個USB數據接口，一個VGA口一個GPS接口和若干個傳感器信號接口系統通信需要1個標準網口，一個備用網口，在現場調試安裝過通信網口與業主局域網系統相連接并分給ACU一個IP地址。USB數據接口主要用于拷貝數據等。VGA口主要用于現場安裝完成以后通過VGA口連接液晶顯示器進行各個站點的臨時調試，GPS接口主要用于連接站點外的GPS天線通過GPS受時同步各個站點的時間ACU主機附件還包括傳感器接線端子、電源接線端子、空氣開

31、關、插座、GPS避雷器等。圖1 ACU系統安裝位置及數量：l ACU的安裝根據現場管線的長度及地形位置進行最優安裝設計一般每個站點安裝一臺ACU。l ACU連接傳感器需要鎧裝電纜鎧裝電纜的數量及長度需要根據現場來確定，在現場施工中鎧裝電纜必須埋穿管埋地走暗線。安裝位置：l ACU的安裝位置應該選擇在傳感器附近的設備間，該設備間盡量靠近傳感器安裝位置。需要業主配合或協調事項：l 需要業主找到合適的設備間放置RTU；l 需要業主在設備間提供穩定的220V交流電，功率能達到上述要求；l 需要業主在設備間提供一根可聯網的網線，并分配一個IP地址；l 需要業主協助設備間屏蔽電纜、GPS天線的布線、埋地等

32、。3.3.2 傳感器安裝l 低頻聲波傳感器通過引壓管安裝到主管道。傳感器接口包括1/2NPT螺紋、外螺紋等多種接口形式。傳感器與管道之間應設置取樣截止閥。低頻聲波傳感器的安裝要求和安裝方式可參考壓力變送器的安裝方式。l 系統使用的傳感器的常用管道接口為1/2NPT螺紋，傳感器一般在現場安裝的時候會通過3通來接入管道，一般選擇管道上原來裝的壓力表和壓力傳感器位置進行改裝，但是壓力表和壓力傳感器一般是外螺紋M20×1.5,而3通螺紋是1/2NTP所以壓力表和一字表之間還要再加M20×1.5轉1/2NTP轉接頭通過3通及轉接頭后方可正常安裝業主的儀器儀表和我們音波音波傳感器，在安

33、裝音波傳感器之前需要布置音波傳感器的信號線，信號線走線為暗線，通過現場的地下走線管和走線槽走到我們需要的位置地面處信號線在地面處以后通過防爆軟管引到音波傳感器上，在用信號線連接傳感器之前先用萬用表測量信號線有無短路情況等，如果測試正常在信號線不接電的情況下安裝傳感器用凱裝電纜的外銅絲接傳感器殼體，鎧裝電纜的紅線接24V正，黑接24V負，（不能接到test正負上）2個傳感器安裝完畢以后聯通機箱部設備，供電，并通過業主索要該站點的網絡IP地址和一個正常工作的網線接口加入局域網檢查通電情況下是否所有儀器正常運行，檢查完成正常運行后紅一聯音波泄漏監測站點工程施工安裝完畢。 下圖（2），圖（3）為傳感器

34、安裝圖： 圖（2）圖（3）為紅某項目傳感器現場安裝圖： 圖（3） 數量：l 一般在現場2個站點之間會選擇安裝4傳感器，分別為2個主傳感器2個副傳感器這樣，2個傳感器的位置一般在大于10米小于50米左右。安裝位置：需要業主配合或協調事項：l 需要業主協助找到主副傳感器安裝位置；l 需要業主協助安裝三通及傳感器，包括管道開關針型閥、卸下原有壓力表或變送器、安裝三通、恢復安裝原有壓力表到三通上、安裝濕傳感器到三通上，檢測安裝是否合格；l 需要業主協助從傳感器出來的屏蔽電纜的布線、埋地等，協助屏蔽電纜如何連接到所對應ACU所在的設備間。l 安裝現場必須遵守業主現場安全管理要求，如必須佩戴安全帽，不得使

35、用明火打接等等。3.3.3 GPS安裝GPS天線一般安裝在現場最高建筑物的屋頂，或者安裝在無遮擋高處，天線應高出屋頂或地面0.5m以上。如下圖（4），圖（5）所示。圖（5）為紅河油田項目GPS安裝位置：圖（4）cad示意圖： 圖 (4)圖（5）為紅河油田項目GPS現場安裝圖： 圖（5）GPS天線安裝l GPS信號線應外加保護套管（鍍鋅鋼管或PVC管，通過膨脹螺栓固定到墻體）。鋼管之間采用彎頭連接，連接必須可靠能防雨。與GPS天線直接相連的鋼管或PVC管兼起支架作用，相連處是M25x2外螺紋。GPS天線用長0.2米和8跟1.5米的6分帶管螺紋的鍍鋅鋼管加配套對絲彎頭做個GPS支架，用電錘在墻體打

36、孔并且用膨脹螺釘固定GPS及其支架，GPS信號線通過彎頭沿著鍍鋅鋼管往下走并且引導信號線通過地下走線到達機箱處通過航空插頭與避雷器連接，（避雷器通過機箱下邊接地線導入）。l GPS信號線在進入ACU主機前需要接GPS避雷器，防止GPS遭到雷擊而損壞設備。數量：l 鍍鋅鋼管數量一般1個GPS天線需要1-3跟1.5m長和轉接頭若干根據現場環境不同數量不同。安裝位置：l GPS需要安裝在站點附近的無遮擋的空曠地點，一般情況下是安裝在設備間的墻上高處，GPS天線高處設備間外墻0.5m以上。需要業主配合或協調事項：l 需要業主協助設備間GPS天線的布線、埋地等。3.3.4 泄漏監測服務器安裝泄漏監測主機

37、由硬件和軟件組成，硬件一般使用高性價比、高穩定性的PC服務器，軟件是擁有自主知識產權的管道泄漏監測軟件。泄漏監測主機通常安裝在控制中心、中心站場或者值班室。功率約600W，電源220V/50Hz交流電。泄漏監測主機通信網絡支持需要提供一個標準網口，并分配一個固定IP。圖（6）為服務器： 圖（6）數量：l 總共1臺。安裝位置：l 可在控制中心、中心站場或者值班室。需要業主配合或協調事項：l 需要業主找到合適的控制中心放置泄漏監測主機；l 需要業主在設備間提供穩定的220V交流電，功率能達到上述要求；l 需要業主在設備間提供一根可聯網的網線，并分配一個IP地址；3.3.5 特殊安裝要求為了保證噪音

38、屏蔽效果、提高泄漏監測精度，首站和末站都分別設置聲波傳感器陣列，每個陣列含24個聲波傳感器。走線PVC管若干根據現場情況準備3.3.6 走線要求3.3.6.1 所有饋線必須按照設計方案（文件）的要求布放，要求走線牢固、美觀，不得有交叉、扭曲、裂損情況；各種套管須用同色扎帶、膠布進行捆扎、纏繞；PVC須用PVC對接管進行對接。3.3.6.2 走線用喉箍、扎帶和L型饋線座、單/雙孔波導卡、隔墻碼、PVC管卡碼等進行固定。室外走線淮河以北可用喉箍、單/雙孔波導卡、隔墻碼固定。3.3.6.3 工程走線裸露部分（除線井）必須加套白色PVC管，拐彎處用波紋管連接，拐彎波紋管長度不大于0.3米。尾纖全部加套

39、波紋管。則由客戶提出,同時在設計中必須明確提出,另作說明。3.3.6.4 加套PVC管的饋線在走線架或墻壁垂直走線時，每隔9米必須用扎帶把饋線固定于走線架或其它固定件上，以防止饋線因自身重力而引起饋線下墮。3.3.6.5 垂直走線或必要的空中飛線若無法固定，則預先將饋線用扎帶或電纜掛鉤固定在鋼絲繩上，鋼絲繩兩端用膨脹螺絲、地錨、緊繩卡和調節環拉緊。客戶特別要求時，必須安裝專用走線架。(一般現場施工采用地下走線形勢)3.4 實施計劃按照以往項目經驗和項目實施慣例，iSafe系統的實施周期約為18周，時間安排參見下表：表4.1項目周期序號具體工作容時間備注1現場考察，詳細方案設計：1. 確定設備選

40、型方案；2. 傳感器安裝方案；3. GPS安裝方案；4. 設備安裝方案；5. 電源供電方案，設備選型；2周詳細方案包括：詳細設備列表；傳感器走線圖；GPS走線圖；設備走線圖；等容。2設備訂貨：1. 主服務器訂貨（4周）；2. 進口傳感器訂貨（12周）；3. GPS模塊訂貨（2周）；4. 電源設備訂貨（3周）；5. 其他輔助設備訂貨（4周）；12周進口傳感器需要12周時間3系統集成、工廠測試及安裝：1. 分項測試： 1）電源測試 2）設備分項測試； 3）硬件聯合測試； 4）軟件聯合測試；2. 集成測試： 1）系統集成； 2）系統性能測試； 3）系統連續運行測試； 2周系統集成在廠家完成；傳感器到

41、貨之前，完成電源測試、設備測試、硬件測試、軟件測試等容；之后完成系統集成測試；傳感器到貨這后，完成集成測試，系統連續運行3天以上；4現場調試：1. 現場設備安裝及測試（1周） 1）傳感器安裝； 2）GPS安裝； 3）處理終端安裝； 4）服務器安裝；2. 系統測試（2周） 1）系統運行測試； 2）實際放油，系統性能測試； 3）系統工作參數優化；4周系統實際放油測試，工作參數優化需要時間最少為2周；根據實際情況，該過程可能延長到4周。5項目驗收，交付使用1. 實際放油測試；2. 簽署放油測試結果報告；3. 系統培訓，簽署培訓報告；1周進行實際放油測試，檢測系統性能。整個項目周期約為21周3.4.1

42、 現場考察及方案設計我方將派遣工程師到現場，進行如下工作：Ø 完成iSafe系統各種設備選型；Ø 確認管線的各項參數。Ø 確定數據采集處理終端的安裝（一般安裝在站場或者閥室）。Ø 根據管道實際情況確定傳感器的安裝方案。Ø 根據實際情況確定GPS的安裝。Ø 確定泄漏監測定位泄漏監測主機的安裝。根據管道的基本資料和現場考察結果，我方完成實驗原油管道次聲波管道泄漏監測定位系統設計。3.4.2設備訂貨、生產、集成與測試在合同簽訂后我方將盡快進行設備的采購和系統集成。系集成完畢之后我們將進行全面的軟硬件測試，包括模塊測試和總體測試，測試過程覆蓋

43、系統的所有輸入和輸出。設備將在我方工廠進行48小時連續工作測試。我方保證系統在出廠前是合格可靠穩定的。如果用戶對系統提出修改意見，在得到雙方書面確認情況下，在設備出廠之前完成修改和測試。3.4.3系統安裝我方將遵照業主的要求指導相關單位或者部門進行系統的安裝。設備運抵現場后，公司將派遣多名工程師指導現場安裝：Ø 安裝傳感器、ACU、GPS及泄漏監測主機。Ø 檢測傳感器是否正常工作。Ø 檢測GPS是否正確工作。Ø 檢測ACU是否正確工作。Ø 檢測通訊系統是否工作正常。3.4.4現場調試現場調試我們需要進行以下工作：Ø 測試系統的數據采集

44、、傳輸、報警、監控、備份等功能是否工作正常。Ø 組織進行管道泄漏實驗，采集管道的噪音以及模擬泄漏次聲波信號。Ø 根據現場次聲波信號調整并優化系統工作參數。Ø 測試系統的實際工作性能。3.5 系統驗收我方在系統調試完畢之后提出驗收申請。業主技術人員按雙方商定的驗收方案安排，在選定的模擬泄漏點進行模擬泄漏實驗，操作步驟與調試時的模擬泄漏操作步驟相同。業主驗收人員在監控中心記錄iSafe系統的監測結果。雙方對監測結果進行評估，并簽字確認。3.5.1驗收標準在設備和系統安裝和初步調試完成后，買賣雙方將按如下容或標準進行驗收。1、技術協議書規定的全部設備、裝置的種類、規格型

45、號及數量；2、有關設備、裝置、線纜的安裝位置和施工工藝的設計圖紙或方案；3、本項目方案中規定的有關系統的聲波測漏效能指標。驗收程序：按驗收標準清點交接全部設備、裝置的種類、規格型號及數量，并由雙方代表在驗收單上簽字；按有關設計圖紙或方案驗收有關設備、裝置、線纜的安裝位置和施工工藝，并由雙方代表在驗收單上簽字；按項目方案中規定的技術指標，對聲波測漏系統進行現場測試驗收。3.5.2現場實際排放液體（氣體）模擬泄漏測試驗收在現場調試完場后就是驗收，為了證實聲波測漏系統在一定的運行狀態下和特定的尺寸圍，能夠有效監測泄漏，就需要進行實際的泄漏測試。本項目方案中，將采用流孔板模擬泄漏的方式。管道實際泄漏時

46、，一定會當即產生一個漏洞。采用流孔板模擬泄漏方式，就是通過安裝固定在管道上的流孔板來模擬泄漏。一般地，用于泄漏測試的流孔板安裝在被檢測管道段的上游或者下游的端口，目的在于能夠讓兩個監視點都能監測到一個很強的泄漏信號。測試用的引管的直徑，至少應該是泄漏孔徑的兩倍大小。現場驗收的目的在于演示一個正在運行的聲波測漏系統，從而證明此系統完全能夠滿足技術協議書的要求。該測試過程，還能夠充分證明系統可以利用最小的誤報率來保證最大的測漏靈敏度。在測試過程中，過濾、極限數據以及聲音傳播速度參數都將設置為最佳狀態，以便能夠得到最好的測試效果。為了能夠準確監測系統的泄漏敏感度，最后一次泄漏測試都將用流孔板來完成。

47、使用流孔板能夠保證測試所產生的聲波信號，更準確地接近模擬實際泄漏。泄漏測試的步驟：初始準備：討論并明確在測試過程中需要的人員以及外圍輔助設備。初步排放液體（氣體）模擬泄漏：記述管道上的模擬泄漏。調整系統參數以減小誤報率，收集數據來確定管道的最佳音速(在確定泄漏位置時候使用)。最終排放液體（氣體）的模擬泄漏：最后測試用來確認系統測漏靈敏度、泄漏點的精確定位以及系統報警反應時長。測試準備：1、落實模擬泄漏硬件，包括流孔板以及流孔板控制器或控制閥門。2、落實在泄漏測試現場，相關人員之間的即時通信聯絡方式。3、由賣方和賣方組織派出的專業工程師，駐于模擬泄漏測試站點，以組織指揮流孔板的操作或者球閥模擬泄

48、漏。4、測驗過程中，要有具體的管道參數和運行參數來保證泄漏測試結果的評價。泄漏測試程序和步驟文件，將發放給負責使用流孔板或進行球閥泄漏測試的人員。當每一個子系統的電路連接完成時并達到測試要求條件時，賣方組織的專業工程師將啟動系統測試。初步排放液體（氣體）模擬泄漏，初步排放液體（氣體）模擬泄漏可提供關于系統靈敏度和音速的信息。泄漏測試測出的音速值是最準確的音速數值，該數值將被輸入系統中用來測量泄漏點位置。每一次的泄漏測試，泄漏數據都應該由安裝在最近的兩個相鄰的現場數據采集處理器處的筆記本計算機記載收集。這些數據將在圖形過濾以及其它過濾調整時用來微調使用。通常情況下，需要三次或者更多的泄漏測試(由

49、現場工程師在檢查完實際背景噪音后決定次數)，對測試管道段的泄漏檢測以及其它過濾體系進行微調，同時確認實際管道長度和計算一個準確的泄漏位置時的音速。為了證實實際的管道長度和音速，泄漏測試引管必須安置在每一段管道段的一端，來保證對安裝在管道兩端的傳感器之間的實際傳播時間的測量。對于在盲區段(位置測量不能確定的區段)的所有測試，有必要調整管道長度的參數使其變得更長，以此保證泄漏能夠發生在被保護的管道段。此外，因為實際管道長度，音速和泄漏檢測簽名在測試未完成之前的不確定性，有必要啟動比規定的最大可測泄漏孔徑大兩倍的泄漏孔徑進行初始測試。可以收集到包括背景噪音和管道運行噪音在的其他數據。經過這些微調測試

50、后，工程師將會對泄漏檢測以及其它過濾體系做必要的修改，對于音速，管道長度和每一管道段的動態門限做出必要的調整。采用流孔板之前，習慣上通常完成快開球閥的幾個測試，這是為了保證系統能夠正常工作，以免浪費時間精力來安裝流孔板。在安裝便攜式計算機和泄漏測試排放地點之間，將進行必要的聲波傳輸。在測試過程中，需要保證球閥全開。安裝完畢而且聲波測漏系統也已經穩定最少5分鐘后，就可以通過盡可能快的開啟球閥來完成這個模擬泄漏測試。閥門最短可以持續5秒鐘的開啟時間。閥門開啟時，應該同筆記本計算機定位功能結合起來確定每一個測試的檢測時間。并記錄下數據，重復操作。必須保證盡快開啟球閥通過信號振幅，確定預期的最小孔徑的

51、敏感度。插入比上次計算確定的孔板尺寸還要大的孔板重復進行測試。確保盡快的開啟球閥。當上述初步測試完成后，記錄泄漏結果。根據現場評估結果并得到現場工程師的同意后，流孔板泄漏測試設備可用盲板來封堵。最終排放液體（氣體）模擬泄漏：這些泄漏測試將會校驗泄漏敏感度，定位準確性以及探測時間。在固定流孔板的位置卸除盲板。系統準備就緒時，使用流孔板進行模擬泄漏。記錄泄漏結果。上述驗收過程，均有實時打印有關測試數據。當該測試結果符合本協議確定的技術指標時，雙方代表應在打印數據的首頁上簽字確認。簽署驗收證明書：在驗收通過后，雙方代表還應現場簽署驗收證明書一式六份，該簽字視為通過驗收。3.5.3質量保證、售后服務聲

52、波測漏系統所有設備、裝置的設計使用壽命為15年，并保持性能良好，一般不需要特別的維護保養。質保期為系統投用后18個月或發貨后24個月，以先到日為準。售后服務：售后服務，分為質保期和質保期滿后兩個階段。在質保期，賣方對系統的軟硬件提供全部的免費保修服務。服務形式包括(但不限于)：故障類硬件更換或維修、軟件故障的遠程診斷與排除、必要的現場故障診斷與排除、7*24全天候問題解答、工作日咨詢、定期的回訪等。質保期滿后，賣方對硬件更換和軟件故障現場處理，終身按成本價格提供服務。同時繼續提供免費服務包括：解答問題、工作日咨詢、方式定期回訪(每年一次)。3.5.4文件遞交賣方將會提供關于聲波測漏系統的完整文

53、件，包括設計方案、硬件指南，包括安裝圖表和配線圖表、系統通信方案，具體包括中心數據匯集處理器和聲波測漏系統監控主機的通信，以及中心數據匯集處理器和客戶端口DCS/SCADA之間的交流界面。此文件中將會包括對于SCADA的具體描述、操作手冊，包括操作屏幕和系統操作程序的圖文解釋，和具體的操作界面指南。賣方應提供設備安裝施工圖1套。包括：各站場及閥室平面布置CAD圖、各站場及閥室工藝流程圖、系統安裝大樣圖、電路及通信系統示意圖圖等。3.5.5培訓在工程調試驗收階段，由賣方和用戶共同商定，就項目系統的應用和維護對有關管理、技術人員進行相應的培訓。主要培訓容如下：1） iSafe管道測漏原理2） iS

54、afe管道測漏系統硬件結構與功能介紹3） iSafe管道測漏系統軟件結構與功能介紹4） iSafe管道測漏系統ACU、監控主機使用操作5） iSafe管道測漏系統維護培訓目的是為了使相關技術人員能夠掌握并熟練使用iSafe管道測漏系統的原理和使用方法，日常運行和維護。3.6 系統調試與驗收3.6.1調試概述不同的管道工況不同，泄漏聲波也不盡相同。泄漏聲波受管道輸送壓力、輸送介質、流動狀態、溫度等因素影響。因此在安裝完成之后需要進行調試，對實際泄漏低頻聲波進行采樣和分析，校準音速，配置系統的模型和參數，以提高系統檢測靈敏度，降低誤報率。為了進行系統調試，通常采用人為放油或者放氣實驗模擬管道泄漏。

55、這就是模擬泄漏實驗，也稱為放油或者放氣實驗。系統的調試驗收通常通過模擬泄漏實驗進行。3.6.2出廠測試賣方保證，所有硬件元件在出廠前均通過測試標準。測試對象包括系統的全部裝置，如：ACU終端、聲波傳感器、泄漏監測主機。3.6.3管道泄漏實驗管道泄漏實驗需要準備可開關的閥門（球閥為佳，截止閥也可）及模擬不同泄漏孔徑的流孔板，指中心帶小孔的圓板。通常選擇主管道已有閥門之后安裝流孔板模擬管道泄漏。閥門后方安裝流孔板，打開球閥，管道介質從流孔板流出，即可模擬管道泄漏。為測試不同泄漏率的管道泄漏，管道泄漏實驗需要在放油或者放氣通道安裝流孔板通過設置不同流孔板可以模擬出不同孔徑的泄漏。對于原油成品油管道可

56、以在模擬泄漏裝置末端放置容器進行輸送介質的回收，天然氣管道一般通過排放管對空排放。3.6.4管道泄漏實驗安排一般情況下系統調試約需多組模擬泄漏實驗，每組進行10次左右管道泄漏模擬實驗。每組管道泄漏實驗約需要進行3天，其中現場實驗進行1天，泄漏數據分析處理需要23天。四、應用案例4.1 西南管道公司蘭成渝管道-資陽泄漏監測實驗段蘭成渝管道成渝段-江段共有4座站場，3座閥室，F323.9管徑，采用X52級管材。干線管道的壁厚為7.112.7mm。站場和緊急截斷閥室均有壓力遠傳。4座站場均有超聲波流量計。表1.1 蘭成渝成渝段-江段站場設置情況站場/閥室總里程(km)高程(m)閥室類型間距分輸泵站881507站場0簡陽分輸站95