高危管道安全防护系统

1、高危管道高危管道安全防护系统安全防护系统如何消除管道事故1、管道安全事故案例1、2013-11-22东黄复线泄漏爆炸造成东黄复线泄漏爆炸造成62人死亡、人死亡、136人受人受伤，直接经济损失伤，直接经济损失75172万元。事故导致万元。事故导致48人受处分，人受处分，15人被人被追究刑事责任。追究刑事责任。事故的直接原因就是管道腐蚀没有预警，如果防事故的直接原因就是管道腐蚀没有预警，如果防腐层破损就被发现，如果泄漏初期就报警，结果又会是如何？腐层破损就被发现，如果泄漏初期就报警，结果又会是如何？2 2、触目惊心的管道安全损失、触目惊心的管道安全损失管道安全问题的根源只有两个：一个是人工造成的破

2、坏，另一个是管管道安全问题的根源只有两个：一个是人工造成的破坏，另一个是管道的腐蚀。道的腐蚀。在我国，人工造成的管道安全事故很多，具体数量和损失目前没有准在我国，人工造成的管道安全事故很多，具体数量和损失目前没有准确的统计数据，有媒体报道确的统计数据，有媒体报道，自，自1995年至年至2012年，全国共发生各类管年，全国共发生各类管道安全事故道安全事故1000多起。多起。腐蚀造成巨大的损失：腐蚀造成巨大的损失： 1984年美国腐蚀损失为年美国腐蚀损失为 美元美元，1989年腐蚀损失为年腐蚀损失为 美元美元，约占国民经济总产值的约占国民经济总产值的4.2。按照。按照国际评估标准，腐蚀损失约占国际

3、评估标准，腐蚀损失约占GDP的的35，据此，据此2013年中国的腐年中国的腐蚀损失至少达蚀损失至少达1.7万亿元人民币万亿元人民币，若加上人工破坏造成的损失，数额更大。，若加上人工破坏造成的损失，数额更大。10108 .161010203、高危管道安全需求分析、高危管道安全需求分析高危管道是指一旦泄漏危害巨大的管道，这种管道微小的泄漏都可能产生严高危管道是指一旦泄漏危害巨大的管道，这种管道微小的泄漏都可能产生严重的后果，这种小泄漏往往一般仪表和传感器检测不到，所以非常不容易发现，重的后果，这种小泄漏往往一般仪表和传感器检测不到，所以非常不容易发现，结果造成较长时间缓慢泄漏，发展到地面上能发现泄

4、漏时，就已经造成了地下大结果造成较长时间缓慢泄漏，发展到地面上能发现泄漏时，就已经造成了地下大面积污染的巨大损失。面积污染的巨大损失。鉴于这种情况，高危管道需要的安全系统是：管道局部有腐蚀趋势就及时报鉴于这种情况，高危管道需要的安全系统是：管道局部有腐蚀趋势就及时报警定位，即使某个焊口有沙眼微渗漏，也能及时发现定位，一旦管道真发生明显警定位，即使某个焊口有沙眼微渗漏，也能及时发现定位，一旦管道真发生明显泄漏，也必须及时报警定位。泄漏，也必须及时报警定位。4、现有技术不适合高危管道监测为了降低管道损失，人们研究了各种办法：预警技术、泄漏监测为了降低管道损失，人们研究了各种办法：预警技术、泄漏监测

5、技术、管道腐蚀监测技术应运而生。技术、管道腐蚀监测技术应运而生。预警技术有光纤法和声波法，这两类都是根据振动音响预警，而预警技术有光纤法和声波法，这两类都是根据振动音响预警，而泄漏或破坏管道产生的振动或音响并无单独特征波形，它只是环境此泄漏或破坏管道产生的振动或音响并无单独特征波形，它只是环境此类振动音响中的极小概率事件，这就从原理上决定了这类预警技术适类振动音响中的极小概率事件，这就从原理上决定了这类预警技术适用面非常有限，根本不适合高危管道。用面非常有限，根本不适合高危管道。管道泄漏监测技术有基于需要重新安装传感器的方法：比如声波法、特管道泄漏监测技术有基于需要重新安装传感器的方法：比如声

6、波法、特种电缆法、光纤法、瞬态压力波法；更多的是基于管道运行数据分析的方法：种电缆法、光纤法、瞬态压力波法；更多的是基于管道运行数据分析的方法：比如负压力波法、压力点分析法、流量压力分析法、统计法、实时模型法、比如负压力波法、压力点分析法、流量压力分析法、统计法、实时模型法、人工智能图形识别法等等。这些方法都有特定的适用范围，绝大多数从原理人工智能图形识别法等等。这些方法都有特定的适用范围，绝大多数从原理上就决定了它的特点是成本低、灵敏度低、误报警不断，漏报警很多、不能上就决定了它的特点是成本低、灵敏度低、误报警不断，漏报警很多、不能自动定位，人们认为它可有可无是有道理的。自动定位，人们认为它

7、可有可无是有道理的。虽然人工智能图形识别法和统计法误报警较少，灵敏度可以达到虽然人工智能图形识别法和统计法误报警较少，灵敏度可以达到0.2%到到0.5%的水平，但是，这对高危管道来说已经是不允许的大泄漏了。的水平，但是，这对高危管道来说已经是不允许的大泄漏了。4、现有技术不适合高危管道监测管道腐蚀监测技术有试片法和探针法、阴极保护电位监测法，前管道腐蚀监测技术有试片法和探针法、阴极保护电位监测法，前两种无法直接监视需要检测的管道，而且损坏率很高，造价昂贵；阴两种无法直接监视需要检测的管道，而且损坏率很高，造价昂贵；阴极保护电位监测法数据不完整，只能在发生较大面积管道腐蚀后才报极保护电位监测法数

8、据不完整，只能在发生较大面积管道腐蚀后才报警，功能满足不了管道安全管理的需要。警，功能满足不了管道安全管理的需要。国内外大量案例证明，现有的预警和泄漏监测技术使用价值都有国内外大量案例证明，现有的预警和泄漏监测技术使用价值都有限，这类系统都不适合高危管道。限，这类系统都不适合高危管道。4、现有技术不适合高危管道监测5、政府对管道安全的重视第二十三条第二十三条 管道企业应当定期对管道企业应当定期对管道进行检测、维修，确保其处于良管道进行检测、维修，确保其处于良好状态；对管道安全风险较大的区段好状态；对管道安全风险较大的区段和场所应当进行重点监测，采取有效和场所应当进行重点监测，采取有效措施防止管

9、道事故的发生。措施防止管道事故的发生。对不符合安全使用条件的管道，对不符合安全使用条件的管道，管道企业应当及时更新、改造或者停管道企业应当及时更新、改造或者停止使用。止使用。第二十四条第二十四条 管道企业应当配备管管道企业应当配备管道保护所必需的人员和技术装备，研道保护所必需的人员和技术装备，研究开发和使用先进适用的管道保护技究开发和使用先进适用的管道保护技术，保证管道保护所必需的经费投入术，保证管道保护所必需的经费投入，并对在管道保护中做出突出贡献的，并对在管道保护中做出突出贡献的单位和个人给予奖励。单位和个人给予奖励。 6、新发明带来的机遇本发明公开了一种实现管道安全预警本发明公开了一种实

10、现管道安全预警与泄漏监测报警的方法，与泄漏监测报警的方法，通过在上、下位机运行通过在上、下位机运行核心算法软件，处理实时和静态数据，完核心算法软件，处理实时和静态数据，完成对管道安全的预警与泄漏报警工作。核成对管道安全的预警与泄漏报警工作。核心算法包括数据采集要求、异常识别器、心算法包括数据采集要求、异常识别器、简化等效电路分析方法、管道外部损害与简化等效电路分析方法、管道外部损害与腐蚀预警定位方法、管道内腐蚀预警和定腐蚀预警定位方法、管道内腐蚀预警和定位方法、局部杂散电流腐蚀预警和定位方位方法、局部杂散电流腐蚀预警和定位方法、管材机械磨损减薄预警和定位方法、法、管材机械磨损减薄预警和定位方法

11、、管道泄漏监测报警定位方法，这些方法的管道泄漏监测报警定位方法，这些方法的实现都使用了异常识别器。实现都使用了异常识别器。如果如果G2和和G2两点间防腐层损坏，就会产生漏电流，假定管道上阴极保护电两点间防腐层损坏，就会产生漏电流，假定管道上阴极保护电流是从流是从G2往往G1方向流动，则流经方向流动，则流经G1以上的监测点电流都会以上的监测点电流都会增加，因为防腐层破增加，因为防腐层破损是危害管道唯一可靠特征，所以报警正确，不会有误报警，再根据损是危害管道唯一可靠特征，所以报警正确，不会有误报警，再根据G1、G2两两点间电流的变化就能用欧姆定律计算出破损点的位置。点间电流的变化就能用欧姆定律计算

12、出破损点的位置。若若G1、G2电流不变两点间的电压差增大，这就可以确定管道内部局部腐蚀电流不变两点间的电压差增大，这就可以确定管道内部局部腐蚀或磨损，再配合地面手持设备就能精确定位。如果管道内部均匀磨损或腐蚀，就会或磨损，再配合地面手持设备就能精确定位。如果管道内部均匀磨损或腐蚀，就会出现较长多管段电阻的均匀上升，根据上升速度，可以对管安全运行做出预警。出现较长多管段电阻的均匀上升，根据上升速度，可以对管安全运行做出预警。导线导线 恒电位仪恒电位仪 辅助阳极地床辅助阳极地床 测试桩测试桩 参比电极参比电极接地电池保护器接地电池保护器 传统数据采集方法传统数据采集方法现代数据采集方法现代数据采集

13、方法预警技术预警技术 传统的阴极保护依靠人工跑现场检测数据，数据量小，测试手段有限，发现问题一般都是早已出现的事件。 实现计算机远程数实现计算机远程数据采集以后，事情就有了据采集以后，事情就有了革命性的变化，利用阴极革命性的变化，利用阴极保护数据及时发现各种威保护数据及时发现各种威胁就有了可能。胁就有了可能。本发明为了准确判断管道保护状态，需要构建一个网络，采集两类数据。本发明为了准确判断管道保护状态，需要构建一个网络，采集两类数据。网络组成与功能划分：至少由网络组成与功能划分：至少由n 台下位机（智能终端）和一台上位机组成计算台下位机（智能终端）和一台上位机组成计算机网络，下位机主要负责数据

14、采集与回报上位机，同时负责对突发事件的监测机网络，下位机主要负责数据采集与回报上位机，同时负责对突发事件的监测上报，上位机统一处理发出报警或控制信号。上报，上位机统一处理发出报警或控制信号。两类数据，一类是实时监测数据，另一类是人工输入的相对静态数据；实两类数据，一类是实时监测数据，另一类是人工输入的相对静态数据；实时监测数据包括阴极保护数据和管道运行数据两类，上位机统一控制阴极保护时监测数据包括阴极保护数据和管道运行数据两类，上位机统一控制阴极保护系统通电和断电的时间，下位机根据需要采集数据，上位机接收下位机汇报和系统通电和断电的时间，下位机根据需要采集数据，上位机接收下位机汇报和自身采集的

15、数据，还有人工输入的相对静态数据。自身采集的数据，还有人工输入的相对静态数据。9.1智能终端基本要求智能终端基本要求智能终端的基本要求：智能终端的基本要求：实时监测管道保护电位、电流、管道温度、环境温度等数据；实时监测管道保护电位、电流、管道温度、环境温度等数据；高可靠高输入阻抗高可靠高输入阻抗64级自动量程微弱信号放大器，检测量程匹配，级自动量程微弱信号放大器，检测量程匹配，24位位A/D转换，保证电压采集最高分辨力达到罕见的转换，保证电压采集最高分辨力达到罕见的37纳伏级；纳伏级；采用无线传感器自组网通讯，同时支持采用无线传感器自组网通讯，同时支持GPRS、GSM无线通讯方式；无线通讯方式

16、；实时采集存储数据轮询上传，突发事故智能识别主动汇报；实时采集存储数据轮询上传，突发事故智能识别主动汇报；能够有效检测杂散电流干扰；能够有效检测杂散电流干扰；全网标准时间同步，支持断电测试检测，采样频率达到全网标准时间同步，支持断电测试检测，采样频率达到30条条/秒；秒；低功耗设计，常规数据采集与监视，轮询时收发数据；低功耗设计，常规数据采集与监视，轮询时收发数据；稳定可靠，全天候工作；稳定可靠，全天候工作；现场安装形式多样，满足防盗需要，测试桩形式有水泥测试桩和钢管现场安装形式多样，满足防盗需要，测试桩形式有水泥测试桩和钢管测试桩。测试桩。高可靠太阳能电源加高可靠太阳能电源加1个月后备蓄电池

17、，安装方便，免维护。个月后备蓄电池，安装方便，免维护。9. 2 主机硬件配置主机硬件配置配置信息：CPU 型号：Intel 酷睿 i7 2600内存容量：4GB DDR3 1333MH硬盘容量：500GB 7200转,SATA产品 类型：商用电脑配置信息：产品类型：LED液晶显示器屏幕尺寸：23英寸屏幕比例：16:9分辨率：1920*1080 监控主机监控主机显示器显示器9.3 管道安全预警与泄漏监测系统软件管道安全预警与泄漏监测系统软件软件是实现算法的核心，计划以成熟的软件是实现算法的核心，计划以成熟的HKH泄漏监测系统软件为基础，开发泄漏监测系统软件为基础，开发管道安全预警与泄漏监测系统。

18、管道安全预警与泄漏监测系统。昊科航公司的人工智能管道泄漏监测系统在业内是领先的，他找到了识别管昊科航公司的人工智能管道泄漏监测系统在业内是领先的，他找到了识别管道泄漏唯一特征，发明了自己独有的图形识别法，他的模糊推理与自学习功道泄漏唯一特征，发明了自己独有的图形识别法，他的模糊推理与自学习功能保证了监测系统保持极低误报警现象的同时具有最高的灵敏度，这种泄漏能保证了监测系统保持极低误报警现象的同时具有最高的灵敏度，这种泄漏监测系统在国内被多家用户选为替代已安装使用的各种泄漏监测系统，至少监测系统在国内被多家用户选为替代已安装使用的各种泄漏监测系统，至少在目前这种不可替代的优势是明确的。在目前这种

19、不可替代的优势是明确的。我们专门从事管道安全技术开发已经十几年，开发出的我们专门从事管道安全技术开发已经十几年，开发出的HKH管道泄漏监测系管道泄漏监测系统不仅赢得了众多用户的认可，也得到了国家科技创新资金的无偿资助，获统不仅赢得了众多用户的认可，也得到了国家科技创新资金的无偿资助，获得发明专利、实用新型专利、中美计算机软件著作权得发明专利、实用新型专利、中美计算机软件著作权8项，开发的热网管道项，开发的热网管道泄漏预警系统，能发现防腐层微小渗漏，比国外同类技术灵敏度提高了一个泄漏预警系统，能发现防腐层微小渗漏，比国外同类技术灵敏度提高了一个数量级，已经成功的应用到北京海淀北部开发区建设项目上

20、。数量级，已经成功的应用到北京海淀北部开发区建设项目上。我们开发的阴极保护预警与泄漏监测系统，找到了管道伤害的唯一可靠证据，我们开发的阴极保护预警与泄漏监测系统，找到了管道伤害的唯一可靠证据，就是绝缘层漏电，已经完成了仿真和实际测试，申请了发明专利，国内多个就是绝缘层漏电，已经完成了仿真和实际测试，申请了发明专利，国内多个用户已经对此表示了极大的兴趣，我们愿意与各界朋友一起，共同开发完善用户已经对此表示了极大的兴趣，我们愿意与各界朋友一起，共同开发完善好这一技术，造福于社会。好这一技术，造福于社会。9.4.系统预算系统预算该项目属于量身定做产品，首先要编制出用户需求文件，然后制定具体实施方案，

21、再根据具体方案编制出预算，所以不可能像一般通用产品那样提出一个明确的产品报价，但是，也不是完全无法评估，在考虑实施时，先可以进行如下评估：智能数据终端，就是RTU和匹配电源，都有相应的市场产品可以在网上询价，每个检测桩需要一个；检测桩的改造费用，需要考虑到在管道上增加一个引线（一般距检测桩20米远）到检测桩的费用；中心计算机费用；软件用户需求二次开发费用；安装调试费用；后期服务费用。将管道运行中的压力、流量数据和阴极保护数据实时采集到计算机中，利用先进的HKH管道泄漏检测报警定位系统 算法，统一进行数据处理，这样，就构成了HKH管道安全预警与泄漏监测系统，其中的预警，就是分析管道阴极保护数据，

22、泄漏监测，则是根据阴极保护数据和流量、压力数据综合处理后得出。系统主要特点是预警及时可靠、几乎没有误报警，定位准确。系统主要特点是预警及时可靠、几乎没有误报警，定位准确。1、及时发现管道防腐出现的问题，将管道腐蚀处理在发生腐蚀之前，使管道寿命延长数倍，极大地降低管道维护管理费用；2、及时发现人为危害管道的现象，因为不管哪种方式破坏管道，首先总要破坏防腐层，管道阴极检测桩就能实时监测到数据，和其他预警方法比较，该种方法可靠性极高，具有惟一性和排他性，几乎没有误报警；3、预警定位精确，最大误差就在两个检测桩之间，查找非常容易；4、量身定做，每一条管道都会有一套适应它自己特点的监测系统；5、为研究使

23、用人员提供各种数据报告，方便管理和学术研究；6、保证安全生产，为企业创造最大经济效益。VV验证系统案例是一条在公司院内建设的模拟验证系统案例是一条在公司院内建设的模拟5km管道预警监测系统，该管道预警监测系统，该系统不间断运行，可随时抽查预警灵敏度和定位精度，办法是预留引出线系统不间断运行，可随时抽查预警灵敏度和定位精度，办法是预留引出线，将该引出线接大地就相当于管道绝缘层破损，监测灵敏度达到，将该引出线接大地就相当于管道绝缘层破损，监测灵敏度达到1mm接触接触面积，定位误差最大面积，定位误差最大3米。米。系统供电电源采用了太阳能电源，数据传输采用了传感器网络，实现了系统供电电源采用了太阳能电源，数据传输采用了传感器网络，实现了生产管道（不含管道内腐蚀）预警监测的全部功能。生产管道（不含管道内腐蚀）预警监测的全部功能。除此之外，验证系统还用于模拟各种复杂电磁环境干扰状态下预警系统除此之外，验证系统还用于模拟各种复杂电磁环境干扰状态下预警系统的可靠性及其影响，这种模拟实验对工业现场安装使用非常重要。的可靠性及其影响，这种模拟实验对工业现场安装使用非常重要。 北京昊科航科技