管道泄漏预警监测

《HKH系列管道泄漏监测报警定位系统》是我公司依照API1155标准，结合各种不同管道的综合特性研制开发的，是基于模糊神经网络的人工智能型管道泄漏监测系统软件。它克服了传统方法的不足之处，能够在多种复杂情况下对各种大小泄漏进行及时报警和准确定位。目前,该技术以其广泛的适应性、优良的性能在实际应用中取得了很好的效果。

HKH系统是一套全自动实时管道监测系统网络，最小的网络可以由一段只有一对进出口的管道组成，多则无限。只要网络能够不间断地采集到管道每一个端口和必要节点的流量、压力等数据，系统就能及时准确的发现管道的泄漏，精确判定泄漏位置及泄漏量，完整的记录泄漏过程，无需人为设置参数，完全实现了智能监测。HKH系统适用于各种流体输送管道，诸如长距离输送成品油管道、原油管道、气体介质管道、油田外输管道、油田集输管道、多相流混和输送管道等。不但适用于流量和压力较平稳的环境，流量和压力波动较大的环境同样适用，并且能满足特殊山区输油管道的泄漏监测。

HKH管道泄漏监测系统是一种采用核心算法和关键技术量身定做的监测系统。因为管道工作过程千差万别，没有一个固定不变的模型可以套用。这种技术不是让所有不同工况的管道去适应一种固定的泄漏监测程序，而是让监测系统去首先了解不同管道的特征，让监测系统去适应去识别每一条具体的管道。这一特点决定了每一条管道最终都会有一套最适应其工艺特点的泄漏监测系统，这也是HKH系统能够适应各种管道泄漏监测的原因。

HKH管道泄漏监测报警定位系统是一种新颖的人工神经网络技术
，是以模仿人类大脑拓扑结构开发的软件，将网络思想与模糊逻辑推理思想相结合，形成模糊神经网络。

在这种网络中，在采集的流量压力数据中筛选出次声波的数据，将抽取的次声波数据样板分成若干个单元，各单元表示管道不同的工作状态，单元之间的连接权表示相应模糊概念之间的因果关系。这种网络可以表达人们积累的知识，同时，它在工作中通过自学习又不断的积累和更新已有的知识。因为管道绝大多数时间是不会泄漏的，这就给网络学习提供了充分的条件，所以知道了什么是正常工作不该报警，也就识别出了什么是泄漏，因此，这种方法不需建立泄漏模型库，不必进行复杂费时的规则搜索、推理，而只须通过高速并行分布计算就可产生正确的输出结果。

毫无疑问，网络结构模型是核心技术。目前，神经网络结构的设计全靠设计者的经验，由人事先确定，还没有一种系统的方法来确定网络结构。但是，采用遗传算法可以优化神经网络结构，从而使管道泄漏的识别能力得以极大的提高。下图中的蓝色线就是模糊神经网络的输出曲线，从图可以看出，尽管流量、压力变化很大，在不发生泄漏时蓝色曲线几乎是一条直线，它只在极小的范围波动，一旦发生泄漏，它就立刻变大，其大小随着泄漏量波动，而与当时的管道压力、流量没有关系。若没有网络输出曲线作为判别依据，识别出这样的泄漏几乎是不可能的。HKH3.0版软件在各条管道应用中的突出表现，已经充分地证明了它的优越特性。

HKH管道泄漏监测系统分析管道运行状态依据的是次声波。不论液体还是气体，其本身作为声波传播介质的同时也是声源体。流体在管道中输送时，受各种因素影响，介质质点间时而疏松，时而紧密，因而产生压强忽小、忽大变化的压力波，也就是声波；一旦管道发生泄漏，泄漏点也会产生声波；这两种波动都导致了流量的变化，这从P—T和Q—T曲线上可以看得很清楚，这就是分析管道运行状态和泄漏的基础。经检测试验，借助于频谱分析，我们可以看到，这些几乎涵盖全波段的声波都会在介质中传播，但是，波长比较短的超声波和可闻声波在距离声源不太远的位置就逐渐被介质吸收而消失了，而且波长越短，吸收衰减的也越快，只有次声波传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。次声波的传播速度和可闻声波相同，虽然它不能引起人们听觉器官的感觉，但它对我们分析管道泄漏具有无可替代的应用价值。管道泄漏后会产生各频段的声波，如果想通过可闻声波和超声波监测管道泄漏，只有在管道沿程装有很多传感器，而这样做显然是不合理的。管道一旦发生泄漏，泄漏点声源中只有剩下来未被吸收的次声波信号能够传到远端的传感器。只要泄漏点不是出现在传感器附近，传感器也就只能检测到泄漏所产生的次声波部分。

所以，远程监测管道泄漏，只有分析次声波才有价值。为了通过次声波获得管道泄漏信息，就必须有合适的传感器。研究表明，对于一个工作压力区远大于其波动压力的管道，监测可闻声波和超声波可以采用声传感器，但监测次声波就不行了。因为管道发生泄漏产生的次声波都是多频谱的合成波，很复杂，频域和幅值变化差异非常大，监测管道泄漏对信息的要求是不失真的监测到任何流体状态的变化，要求传感器的频响范围足够宽，一般电容式压力变送器频率相应区0～10Hz，采用扩散硅传感器制造的压力变送器可以达到0～1000Hz；在强度变化上，变化的区间达几帕～数十兆帕，不可能制造出这样的次声波传感器，所以，压力变送器是远程监测管道泄漏的最好传感器。

HKH管道泄漏监测系统采用次声波监测的某一段管道时，不必在管道上装声传感器，直接通过压力变送器和流量计采集至少两个端点的压力、流量信号，将这些含有各种频率的压力、流量信号存入数据库。然后进行频谱分析，将分析选出的次声波信号分类，提取其特征，再存入数据库，以备泄漏分析使用。因为声波在传输过程中依频率变化由高到低成指数规律衰减，泄漏信号在管道内流体中同时向两边传播，根据这些特点，我们可以从信号的频率和幅值两个条件上判断信号源发生的位置，将这些不同特点的信息作为神经元的输入信号，经过处理，就能够及时发现管道泄漏，同时做到没有误报警。

HKH管道泄漏监测系统软件要求采集被监测管道所有端口的流量和压力信号以及必要时的密度、温度信号，在管道已有SCADA系统的环境下应用时，HKH系列管道泄漏监测系统软件可以通过相关通讯协议（如OPC协议）直接与SCADA系统相连接，以便从SCADA系统中直接获得这些数据，当SCADA系统采集的数据无法满足HKH系统软件的要求时，可以将SCADA系统仪表的信号通过加装隔离器的方法分离出来，由HKH管道泄漏监测系统和SCADA系统各自互不干扰的独立采集数据。在这种情况下，可以考虑HKH管道泄漏监测系统是否需要单独建立一套与SCADA系统相对独立的通讯系统，也可以考虑让这套系统采集更多的数据、处理更多的事务，从而构成一个以管道泄漏监测为主要任务的备用管道SCADA系统。

长输管道设计采用HKH管道监测系统时，应该考虑在每个站点都配置监测计算机，虽然只要有次声波信号无论多远都能对泄漏进行监测，但是距离愈远信号衰减愈严重，发现小泄漏的几率就会下降，同时，由于远距离信号畸变与近端声波信号叠加的缘故，也会导致定位误差的加大。

在没有SCADA系统、或监测仪表不完整、通讯条件比较差的条件下，选择HKH系统时应该考虑配置基本齐全的监测仪表，按一般设计仪表选型原则均可以满足要求，如果是含有气体的混合输送管道，最好选择转动均匀和压差损失小的容积式流量计，比如螺旋转子流量计、刮版流量计。制定合理的通讯方案，安排放置监测计算机与附属设备的环境。购买方应该和HKH系统的销售商联系，以便根据现场的具体条件和要求制定最佳方案。如果一端有流量计另一端装流量计不方便，在合适的情况下也可以选择采用微差压变送器替代流量计，具体选择办法请和你的服务商联系。

最简系统仪表配置图

系统通讯方式可以根据用户现场情况灵活选择，一般采用以局域网为主，以VPN为辅的通讯方式。

局域网通讯由客户端和服务器构成，这种方式的优点是数据传输速度快，质量高，VPN则是依靠互联网为平台构建的包含IPSec隧道协议的网络，它具有成本低、安全性高、易扩展的优势特性。HKH系统将二者有机的结合，以局域网通讯为主通讯方式，VPN为备用通讯方式，一旦主通讯方式出现故障则启用备用通讯方式，以保证系统能够实时监测管道运行状况。

现场可以选择采用控制柜、操作台或计算机桌来放置计算机，机柜或控制台宜选择与原有其他控制设备外观一致的产品。在不需要人工观察的场合，也可以选择壁挂式小机箱。这里给出的机柜和控制台可供参考，只要购买方没有提出特别具体要求，卖方将优先提供本图样式控制台或机柜。