辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院 毕业设计（论文）用纸 4.2.4 数据库的选择与设计 ......................................... 38 第5章 结 论 ....................................................... 41 参考文献 ............................................................ 44 谢 辞 .............................................................. 47
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第1章 引 言
1.1 课题背景与意义
本课题的目的在于开发一套成本较低的管道压力测量检漏系统。管道运输是一种新兴、经济的运输方式，相对于其他运输方式，管道运输的建设时间短，费用低，运输量大，占地少，能耗少，成本低的特点，特别是在运输气体和液体等方面，具有天然的优势，因此在世界各国的经济和社会发展中发挥着越来越重要的作用。目前，管道运输已经成为与铁路，公路，航运，水运并列为五大基本运输方式之一，管道运输在我国国民经济和国防工业中发挥着越来越重要的作用，管道运输已经成为关系到现代工业和国民经济发展的命脉行业。而流体输送管道的泄漏检测和定位方法是流体运输与现代故障诊断理论等多学科相结合而产生的一门新兴交叉学科。
在五大运输方式中，管道运输有着独特的优势。首先在建设上，其与铁路、公路、航空相比，投资要省得多。就石油的管道运输与铁路运输相比，交通运输协会的有关专家曾算过一笔账：沿我国成品油主要流向建设一条长7000公里的管道，它所产生的社会综合经济效益，仅降低运输成本、节省动力消耗、减少运输损耗3项，每年就可以节约资金数10亿元左右。其次，在油气运输上，管道运输有其独特的优势。（一）它的运输过程平稳、不间断，这对于现代化大生产来说，油田不停地生产，管道可以做到不停地运输，炼油化工工业可以不停地生产成品，满足国民经济需要；（二）管道运输实现了安全运输，对于油气来说，汽车、火车运输均有很大的危险，国外称之为“活动炸弹”，而管道在地下密闭输送，具有极高的安全性；（三）管道运输有利于保证运输质量，管道在密闭状态下运输，油品不
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挥发，质量不受影响。
近年来，随着管线的增多，管龄的增长，由于施工缺陷和腐蚀等原因，管道事故频频发生，由于所输物质的危险性和污染性，一旦发生泄漏会给国家和人民的生命财产安全带来巨大的威胁[1]。为了及时发现泄漏事故，减少资源的损失，维护管道部门的正常运行，在技术上给泄漏检测提出了更高的要求。
管道的泄露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，甚至会危及人们的生命。因此，各国都十分重视有效地预防管道的泄露，在预防的同时，如何及时有效的探测到管道的泄露，准确地定位漏点，成为各国一直以来研究的重点。
早期的泄露检测方法由于技术方面的限制，主要偏重于硬件方法，如管内探测球法、分段试压法、磁力探伤法等。随着科学技术的飞速发展，计算机被广泛的应用于各个领域，现代控制理论愈加的完善，近年来逐步发展起了以软件为主，软硬件相结合的检漏新方法。管道泄露检测技术在国内起步较晚，80年代以来，国内在石油、天然气运输的泄露检测问题上也有很多学者或工程技术人员在应力波法[2-6]、负压力波法、管道实时模型法、光纤检漏等方面作了大量的研究工作。
1.2管道压力检测算法的发展及方法概述
1.2.1管道压力检测算法的发展
最早对泄露检测问题的探索和研究可以追溯到1928年，美国马萨诸塞州的Caldwell等，他们在1929年申请的专利（NO.1738094）中，讨论的就是关于泄露检测的问题。1955年，美国利用“放射物检测法”[7-8]对输油管道的泄露进行检测，一次检测的长度在20千米以上。接着，前苏联、法国、丹麦、印度、日本等国也
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相继采用了该技术，检测范围涉及到水管道、油管道、气管道等几乎所有类型的管道。该方法的原理是在管道流体中放入溴-82、碘-131、钠-24等放射性物质，管道上有泄流发生时，放入其中的放射性物质就会渗入到周围的土壤中，探测到它们的存在，也就可以确定管道发生了泄漏及漏点的大致位置。后来，这种方法得到扩展，有时在管道中不是加入放射性物质，而是加入其它类型的具有易挥发行的示踪剂，故又称为“示踪剂检测法”。上述两种方法操作周期长，不适用于在线实时检测管道运行状态，所以现在已经很少用了。
但是，这种检测方法的思想却随着科学技术的发展得到了发展，在人们发现了一些材料的某些特性会随它所接触物质的不同而不同后，就将这些材料做成检测元件，这样就出现了“检测元件法”[9-11]。例如：加拿大在输油管道建设时，将一种能与油气进行某种反应的电缆沿管道铺设，泄漏发生时泄漏油气使电缆的阻抗特性发生变化，并将此信号传回检测中心。该电缆即是传感器又是信号传输设备，利用阻抗、电阻率和长度的关系确定泄露的程度和泄露的位置。又如：日本在80年代开发的“同轴电缆法”是用非透水而透油性好的绝缘材料做电缆的保护层，将这种电缆靠近输油管道铺设，当管道有泄露发生时，油质通过多孔PTFE树脂电缆，使得该部分的阻抗降低，表明泄露的发生。目前，还可以利用一些特性光纤作为感应和传输信号的媒介，来达到检测泄露的目的。但是“元件检测法”存在的弱点是他不适用于已建管道系统的泄露检测，并且相对来说建设成本较高。
与上述方法同时发展的还有一类方法，称为“质量平衡法”，其原理是根据质量守恒定律，在管道无泄露的情况下进入管道的物质质量应等于流出管道物质质量。当泄露程度达到一定量时，入口与出口就形成明显的流量差。检测管道多点
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位的输入和输出流量，或检测管道两端泵站的流量并信号汇总构成质量流量平衡图像，根据图像的变化特征就可确定泄露的程度和大致位置。但是无论是输送何种物质的管道，都会有很多直线，因此管道流体状态及参数较为复杂，影响管道计量的瞬时流量因素也很多，因此该方法需要采取时间累计平均估计，这使得检测时间较长，检测精度很低。检测流入、流出物质的质量，多采用流量计进行，因此流量计的精度也直接影响泄露诊断的准确性。当管道运行时，其中物质的压力、温度和密度都有可能发生变化，这就意味着“进多少，出多少”的简单系统在某些应用中是不够完善的，所以，这种方法要与“分段测试法”[11-12]等方法配合使用。
到了70年代，人们开始进行管道泄露机理及其产生信号特性的研究，在此基础上提出了一类新的基于泄露时产生信号特征的泄露检测及漏点定位方法。我们知道，当管道内液体或气体泄露时，由于管道内外的压力差，使得泄露的物质在通过漏点到达管外部时形成涡流，从而产生了震荡变化的声波。通过在漏点两端放置传感器或其他装置接受沿管壁或管内物质传来的声波，分析其特征可以确定是否有泄露发生，同时根据到达两传感器的时间差（时延），结合已知的两传感器间的距离及声波传播的速度即可定位漏点。
在泄露发生时，漏点处除了会发出声波外，同样也会产生压力波。即在泄露发生时，泄露处产生因流体物质损失而引起局部流体密度减小出现的瞬时压力降低和速度差，这个瞬时的压力下降作用在流体介质上就作为减压波源通过管道和流体介质向泄漏点的上、下游传播。当以泄露前的压力作为参考标准时，泄露时产生的减压波就成为负压波。利用放在漏点两端的压力传感器拾取压力波信号，
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