iSafe油气管道泄漏在线监测系统解决方案

iSafe油气管道泄漏在线监测系统解决方案一、概述1.1国内油气管道现状中国油气管道建设始终以突飞猛进的速度增长。新中国成立伊始，中国油气管道几乎一片空白，2004年我国油气管道总长度还不到3万千米，但截至2015年4月，油气管道总长度已达近14万公里，油气管网是能源输送的大动脉。过去10年，我国油气管网建设加速推动，覆盖全国的油气管网初步形成，东北、西北、西南和海上四大油气通道战略布局基本完成。频发的事故与不断上升的伤亡数字，也成为伴随着中国油气管道行业高速发展的阴影。2000年，中原油田输气管道发生恶性爆炸事故，造成15人死亡、56人受伤；2002年，大庆市自然气管道腐蚀穿孔，发生自然气泄漏爆炸，造成6人死亡、5人受伤；2004年，四川省泸州市发生自然气管道爆炸，5人死亡、35人受伤；2006年，四川省仁寿县富加输气站进站管道发生爆炸，造成10人死亡、3人重伤、47人轻伤。2013年11月22日青岛黄岛区，中石化输油储运公司潍坊分公司输油管线裂开后发生爆炸，造成62人遇难。多发的管道事故特殊是一些重大的油气泄漏、火灾爆炸等恶性事故对人身平安、自然环境造成了巨大危害。1.2国家和政府的要求自2013年底开展油气输送管道平安隐患专项排查整治以来，各地区、各有关部门和单位协同行动、共同努力，取得了主动进展，全国共排查出油气输送管道占压、平安距离不足、不满意平安要求交叉穿越等平安隐患近3万处。2014年9月，国务院安委会发布关于深化开展油气输送管道隐患整治攻坚战的通知，要求完善油气输送管道爱护和平安运行等法律法规、标准规范、平安生产监管体系和应急体系建设。1.3系统建设目标管道的完整性和平安运营的重要性和必要性显得尤为突出。为确保管道平安运行，消退事故隐患，爱护环境，迫切须要对油气管道建设牢靠的泄漏监测系统。用音波法、负压波法、质量平衡法融合一起的管道泄漏监测系统对压力管道进行泄漏监测是目前最先进、最牢靠的泄漏监测技术。iSafe管道泄漏监测系统采纳音波法、负压波法、质量平衡法三种方法融合的管道泄漏监测技术，能精确快速发觉泄漏并确定油气管道泄漏位置。二、技术方案2.1现有管道管理及技术手段分析国外从20世纪70年头就起先对管道泄漏检测技术进行了探讨。国内管道泄漏技术的探讨起步较晚，但发展很快。目前，国内现有的泄漏检测方法从最早的人工沿管路分段巡察检漏发展到较困难的利用计算机软件和硬件相结合的方法；从陆地管道检测技术发展到海底检测。其中，依据测量分析的媒介不同可分为干脆检测法与间接检测法。干脆检测法指干脆用测量装置对管线四周的介质进行测量，推断有无泄漏产生。主要有干脆视察法，气体法，清管器法。间接检测法是依据泄漏引起的管道流量、压力等参数及声、光、电等方面改变进行泄漏检测。主要有水压、气压检测法，质量、体积平衡法，压力点分析法，负压波检测法、音波法等。随着世界各国管道建设的快速发展，管道泄漏监测技术也伴随发展几十年。从油气管道泄漏监测的历史来看，国外早期的监测技术手段大多采纳压力点分析法，负压波检测法，光学检测法，声放射技术法，动态模拟法，统计检测法等方法。目前的泄漏监测和定位手段是多学科多技术的集成，特殊是随着传感器技术、模式识别技术、通信技术、信号处理技术和模糊逻辑、神经网络、专家系统等人工智能技术等发展，为泄漏检测定位方法带来了新的活力，可对诸如流量、压力、温度、密度、粘度等管道和流体信息进行采集和处理，通过建立数学模型或通过信号处理，或通过神经网络的模式分类、或通过模糊理论对检测区域或信号进行模糊划分，从而提取故障特征等基于学问的方法进行检测和定位。将建立管道的数学模型和某种信号处理方法相结合、将管外检测技术和管内检测技术相结合、将智能方法引入监测和定位技术实现智能检测、机器人检测和定位等作为探讨方向。依据管道泄漏监测检测技术的特点，油气管道的泄漏监测技术应用以负压波法、音波法、质量平衡法为主有条件的地区，还可采纳人工巡检相结合的方法。几种检漏方法协作运用，相互补充，组成牢靠性和经济性均得到综合优化的检漏系统，可使管道泄漏得到很好的限制。2.2iSafe管道泄漏监测系统技术原理管道泄漏是一个瞬态改变过程，泄漏瞬间将产生各种频率的声波信号。频率小于10Hz的音波信号具有频率低、波长长、穿透力强和传输衰减小的特点，适合用于管道泄漏监测。低频音波在海洋里传播数千公里的距离后仍可被有效的监测到。管道泄漏产生的音波信号在系统中显示如图1.1。图1.1管道泄漏产生的音波信号音波法、负压波法、质量平衡法三种方法结合的管道泄漏监测系统具有灵敏度高、误报率低、定位精度高等优点。其工作原理是：当管线发生泄漏事故时，泄漏点处产生的音波/压力波沿管道向上、下游传播，利用管段上下游安装的音波传感器阵列/压力传感器检测到音波/压力波到达的时间差和声波在管道中的传播速度，可以确定泄漏点位置。具体实现包括，传感器接收到的管内音波信号通过电缆传给ACU（AcousticControllerUnit，声学监控终端）或压力信号传给RTU，ACU/RTU将模拟音波信号转换为数字信号，通过时间同步、噪声抑制、干扰抵消和模拟识别等处理，推断是否出现泄漏，并确定接收到泄漏音波信号的时刻。ACU/RTU将通过网络将泄漏监测状态信息传输给泄漏监测服务器，泄漏监测服务器依据音波/压力波传播速度、管段信息及管段两端传感器接收到泄漏音波的时间差，计算泄漏位置。2.3管道泄漏监测系统的国内外产品对比分析目前管道平安测漏主要的竞争对手包括，国外的如美国休斯敦声学系统公司ASI，基于次声波法的WaveAlert系统，是利用管道两端安装的次声波传感器对管道泄漏瞬间流体高速流淌身出的次声波信号进行实时监测来定位泄漏发生的位置。英国壳牌公司研发的ATMOSPine的管道泄漏检测系统是基于统计分析原理，利用SCADA系统供应的流量、压力、温度等数据，通过流量或压力改变、质量或体积平衡、动力模型和压力点分析，利用优化序列分析法来检测泄漏。澳大利亚FutureFiberTechnologies公司(FFT)开发和研制的光纤管道平安防卫系统(FFTSecurePipeTM)利用油气管道同沟铺设的通讯光纤实时地采集来自管道周边10米范围内、对管道构成威逼的行为所产生的各类振动，位移，监测管道运行状况。但国外产品价格昂贵，而且本地化的技术支持和维护服务都存在很大问题。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察，管线运行数据靠人工读取，这种状况对管道的平安运行特别不利。我国长距离输油管道泄漏监测技术的探讨从九十年头起先已有相关报道，但只是近几年才真正取得突破，在生产中发挥作用。清华高校自动化系、天津高校精密仪器学院、北京高校、西南石油高校、中国计量院等都在这一方面做过探讨。国内公司有华北油田新贝达公司、北京昊科航公司、东营五色石测漏技术有限公司等。但国内探讨机构和国内公司的测漏产品基本上都是采纳基于压力波（负压波）法的管道泄漏监测系统或者是流量检测法。负压波系统检测灵敏度低，而且无法用于气体管道测漏。流量法系统只能初略推断是否泄漏，无法定位。此外还有一些国内公司利用光纤的振动和温度改变对管道进行预警，像中石油管道通信电力工程总公司自主研发的“光纤管道平安预警系统”，可以应用于已铺设光纤的新管线，而对于老管线来说须要重新铺设光纤，造价昂贵。2.4iSafe管道泄漏监测系统的优势和特点iSafe管道泄漏监测系统综合了音波法、负压波法、质量平衡法等多种管道泄漏监测技术的优势，进一步提高了发觉油气管道泄漏的速度和对管道泄漏位置判定的精确度。iSafe管道泄漏监测综合方案发挥质量平衡法综合计算推断泄漏量的特长，通过负压波、音波法弥补质量平衡法响应时间慢、不能精确定位的缺点，提高整个系统的灵敏性、精确性、牢靠性和鲁棒性。同时，通过负压波、音波法对各种检测参数进行综合推断，从而达到负压波法弥补音波法对于特别缓慢的泄漏不易检测的缺点；同时，音波法弥补负压波法瞬时泄漏不易识别和简单同其他非泄漏因素引起的压力下降相混淆的不足。最终实现泄漏监测报警系统具有响应时间短、灵敏度高（0.5%流量）、误报率低、定位精确、避开漏而不报的特点。iSafe管道泄漏监测系统的推广和应用，必将大大提高管道泄漏监测的性能和质量，为管道的平安运行供应强有力的保障。依据国内外的实践结果，音波法融合负压波法可以监控气体管道、液体管道和多相流管道的泄漏，可用于监控地面管道、埋地管道、海底管道和各种困难的管网系统。iSafe管道泄漏监测系统具有如下优点：微小的泄漏孔径，最小可测泄漏孔径6-20毫米，具体管段参数受相应的背景噪声、运行压力等影响；最小可测泄漏率0.5~1.5%；定位精度高，定位误差小于±100m；特别低的误报率，正常状况下，系统误报率小于30次/年；有效作用距离长，系统监控距离可达30~50公里，最长可延长到100公里；泄漏报警数据能够在泄漏检测主机上存储至少6个月；系统能够对自身工作状态进行自检，能够实时将传感器、GPS等工作状态进行显示；设备稳定牢靠，在国内多条管道上得到成功的应用，具备本地化的技术支持和维护。2.5总体技术框架音波以管道内部介质为载体，以声速向两端传播。由于音波信号频率低，传输衰减小，可以实现远距离传播。音波管道泄漏监测仪安装在管道的上下游段，捕获泄漏声波信号，并依据泄漏声波到达管道首、末端声波管道泄漏监测仪的时间差（这个时间差由GPS进行授时），计算出泄漏点的具体位置。iSafe管道泄漏监测系统工作原理如下：管道泄漏瞬间，输送介质从泄漏点高速流出，将产生高强度音波，次声波沿管道内介质向两端传播。ACU通过安装在管段两端的传感器接收到音波信号，识别音波信号，推断管道是否发生泄漏，并通过网络将处理结果传送到服务器。泄漏监测服务器进行实时处理，假如管道发生泄漏，泄漏监测服务器利用管段两端ACU接收音波信号的时间差，计算出泄漏发生位置。负压波法泄漏监测定位计算方法与音波法基本相同，通过计算泄漏信号传输到安装在管段两端传感器（对于负压波为压力变送器，对于音波为音波传感器）的时间差，结合信号在流体中的传输速度，就可以计算泄漏点位置。定位示意图如图2所示。传感器传感器传感器xL管道泄漏点t1t2)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))(((((((((((((((((((((((((((((((((图2负压波法定位示意图定位公式：其中：X––––泄漏点距首端测量点的距离（m）；L––––管道全长（m）；a––––管输介质中声波的传播速度（m/s）；t––––接收上、下游传感器信号的时间差（s）。2.6系统功能框架iSafe管道泄漏监测系统框图如下所示。该系统主要设备是ACU和泄漏监测服务器。iSafe管道泄漏监测系统运行须要客户供应计算机通信网络支持。图2.1iSafe管道泄漏监测系统原理图2.6.1ACU终端（声学监控终端）iSafe管道泄漏监测系统ACU终端主要功能列表如下：数据采集：iSafeACU采集音波传感器数据；GPS授时：将音波数据与GPS时间进行同步；数据传输：向iSafe服务器传送音波数据；工作状态监控：对音波传感器、GPS及网络状态进行自检；数据存储显示：对音波数据进行存储与显示。iSafe管道泄漏监测系统ACU终端主要功能是采集音波信号并传输到泄漏监测服务器，安放在站场或者阀室、限制室，能够采集管道内流体内传播的音波信号，经过信号调理，GPS同步，然后转换成数字信号，通过先进的信号处理算法推断该声波信号是否为泄漏信号。ACU终端还具有自检功能，能够实时的将传感器、GPS等设备的工作状况进行显示。ACU终端包括音波传感器、GPS和信号处理机等部件。图2.2iSafe声学监控终端ACU湿式音波传感器：iSafe管道泄漏监测系统的主传感器采纳专用湿式音波传感器。湿式音波传感器灵敏度高，能够将管道中的声波信号转换为电流信号，传输给前端处理模块。湿式音波传感器的监听范围通常在30~50公里。湿式传感器采纳4-20mA标准电流信号进行传输，工作温度为-40~85摄氏度。为保证信号不受到干扰，线缆通常选用2*1.5铠装对绞屏蔽信号电缆，通常，信号电缆长度小于300米。湿式传感器和压力传感器的典型安装方式如下图所示：图2.3湿式音波传感器和压力传感器的安装方式信号调理模块：经过长距离传输后，管道泄漏产生的音波信号衰减较大。信号调理模块将对音波信号进行调理，提取有效音波信号，并传递给ACU，同时对传感器的工作状态进行实时监控，一旦出现异样，也会在第一时间将故障信息传递给ACU，保证系统的正常工作状态。GPS：GPS同步是系统精确定位的重要手段，为了保证ACU采集的同步性，每个站点都须要安装GPS来实现同步的数据采集，GPS天线须要安装在每个站点的ACU室屋顶，无遮挡的高处，高于屋顶0.5米以上。通过GPS获得精准的时间，便于对各监控节点进行精确时间同步。GPS时间同步设备采纳高输出精度的GPS接收机（±100ns）来实现。低功耗ACU：低功耗ACU安装在管道沿线的站场或者阀室。并配套蓄电池组和太阳能充电系统、电源线、信号线、GPS馈线、GPS避雷器、浪涌爱护器等运用，将现场传感器采集到的信号通过ACU运行采集的程序，利用采集卡把音波信号转换为数字信号，并通过通信网络传送给泄漏监测服务器，整个ACU采纳蓄电池组和太阳能充电系统进行供电，功率5W~10W。低功耗ACU的通讯通常采纳4G/3G/GPRS的方式。图2.3低功耗ACU方案2.6.2iSafe-RTU终端iSafe-RTU终端主要功能是实时采集多通道的压力信号，并通过Modbus总线或OPC服务将压力数据传输到泄漏监测服务器，安放在站场或者阀室、限制室。iSafe-RTU须要通过GPS授时模块进行分布式的数据同步。iSafe-RTU终端包括压力传感器、GPS和RTU等部件。2.6.3泄漏监测服务器iSafe管道泄漏监测系统服务器主要功能列表如下：泄漏检测及定位；对音波数据进行接收并实时显示；对音波信号进行实时分析；历史数据分析；配置管道信息；对数据进行存储。泄漏监测服务器由硬件和软件组成，硬件一般运用高性价比、高稳定性的PC服务器，软件是拥有自主学问产权的管道泄漏监测软件。系统硬件要求处理器为至强2.0GHz以上CPU，内存大于4GB，单块硬盘容量大于600GB。该服务器主要完成将不同地点的ACU数据进行汇聚，系统软件与ACU通信，建立并维护各ACU的通讯信道；利用各GPS时钟信号对其发送的数据进行精确时间同步。系统软件可从SCADA系统获得流量、压力、在线密度等参数，以进一步提高系统牢靠性，降低误报率。系统软件处理和识别各ACU的音波数据，推断管道是否发生泄漏。依据管网的拓扑结构以及音波信号到达各ACU的时间差，计算泄漏位置。系统软件保存各个ACU传送来的原始数据以及中间数据，以便进一步分析处理。管道泄漏发生的时间、地点等关键信息保存在数据库中，程序重新启动后泄漏信息仍旧保留。泄漏监测系统软件运行人机界面，人机界面显示管道走向，在管道上显示安装ACU的监控节点位置。发生泄漏时，系统发出声音报警，并在管道泄漏的位置显示泄漏图标，同时在监控画面的泄漏信息栏上标明泄漏时刻、泄漏位置等信息。系统软件具有自动诊断功能，能够对断电自启动，通信链路、声波采集、GPS等模块进行自动诊断、报警、提示。人机界面可查看系统的具体参数，假如系统工作不正常可以发觉出错部位及缘由。2.6.4通讯系统iSafe管道泄漏监测系统运用计算机网络进行通信。ACU的音波数据通过通讯网络传送到泄漏监测服务器，监控终端与泄漏监测服务器也通过通讯网络相连接。iSafe管道泄漏监测系统通常干脆运用管道SCADA系统现有的通信网络。为保证网络通信牢靠性，建议系统通信运用已有光纤网络。假如管道没有通信网络，须要另购网络设备，通过ADSL\3G等方式组建计算机网络。ACU与服务器之间传送的数据已经过加密，可以通过公网传输。另外系统有严格的数据完整检查和出错重传机制，保证每条数据都精确牢靠地传递，在网络环境恶劣状况下能正常工作。2.7系统数据框架2.8系统集成应用iSafe管道泄漏监测系统与SCADA系统、人机界面及其他第三方软件采纳OPC标准进行通信。iSafe管道泄漏监测系统可以通过OPC接口从SCADA系统获得压力、温度和流量等数据，以进一步提高系统牢靠性，降低误报率。iSafe管道泄漏监测系统通过OPC接口向人机界面软件，如Citect,IFix和Labview等供应系统运行状态，管道泄漏报警灯信息。用户在人机界面的各种操作也通过OPC接口传递给iSafe管道泄漏监测系统核心模块。iSafe管道泄漏监测系统支持通过OPC接口与其他系统进行通信，具有高度的敏捷性。这些系统包括：三参数法管道泄漏监测系统、模拟仿真系统、管壁声波预警系统、管道光纤预警系统、视频监控系统等。三、实施方案3.1系统部署环境要求在油气平安泄漏监测系统方案确定后，须要对系统所在安装区域进行现场考察，经过对以往许多项目的现场考察结果来看，一般安装仪器设备的区域现场环境都比较困难；且每个项目的现场实施和工程方案都具有唯一性，所以只能主要归纳油气平安泄漏监测系统现场施工方案的主体设备的安装，主体设备的安装包含以下四个主要设备的安装。具体内容如下：1、ACU的安装方案；2、传感器安装方案；3、GPS安装方案；4、泄漏监测服务器的安装方案；经客户确认的下列数据和图纸，均为设计的基本依据：1）相关管道的基础数据，包括：管道长度、管径、运行压力、流量范围以及其他相关数据。2）相关站场的工艺布置图3）相关站场的供电原理图4）相关站场的工艺流程图5）相关站场的建筑平面布置与电缆敷设图6）相关站场的机柜典型安装示意图7）相关站场的PLC机柜、端子接线图8）相关站场的变送器安装示意图9）相关站场的GPS天线安装示意图3.2硬件产品规格说明3.2.1声学监控终端ACU主机的产品规格如下：产品名称iSafe-ACU2000-Dn（n表示拥有该ACU拥有n通道模拟输入）系统配置硬盘500G（可支持双通道传感器连续存储3年数据）重量≤19KG尺寸长X高X深=432mmX132mmX530mm供电，功率沟通220VAC，72W接口4通道次声波传感器输入端口，4通道状态显示灯，1电源开关，1xDB15VGA，2xUSB2.0，2x以太网口。操作温度环境空气流通:-5°C~55°C(依据IEC60068-2-1,IEC60068-2-2,IEC60068-2-14)存储温度-20°C~80°C相对湿度10%~93%(无凝露)3.2.2iSafe-RTU终端的产品规格如下：产品名称iSafe-RTU-Dn（n表示拥有该RTU拥有n通道模拟输入）物理接口工业以太网（1个千兆以太网RJ-45插孔）尺寸长X高X深=432mmX132mmX530mm电源通过iSafe-RTU背板总线，15V电流消耗来自背板总线，350mA；功率损耗，5.3W。绝缘测试电压707VDC（型式测试）设计、尺寸和重量模块规格为紧凑型模块，单宽带防护等级IP20重量约350g尺寸(WxHxD)35x142x129mm安装选项安装在iSafe-RTU机架中3.2.3监测服务器主机的产品规格如下：CPU类型Intel至强E5-2600v2CPU主频1.8GHzCPU型号XeonE5-2603v2主板芯片组IntelC602内存DDR3，8GB硬盘描述500GB3.5英寸SATA7200Rpm硬盘显示器描述DellUltraSharp系列高性能显示器显卡芯片NVIDIAQuadroNVS310网卡描述英特尔82579千兆以太网限制器3.3施工和安装要求3.3.1ACU的安装ACU安装在主机柜内，主机柜安装在站场设备间。安装位置必需保证无强电、强磁和强腐蚀性设备的干扰；（一般安装在各个站点）主机安装场所应干燥、灰尘小、且通风良好；主机安装位置便于馈线、电源线、地线的布线；主机安装在室内。安装主机的室内不得放置易燃品；室内温度、湿度不能超过主机工作温度、湿度的范围。机柜外型尺寸：可以依据现场业主要求进行选择外形尺寸进行配备，ACU放置于主机柜中并且用螺钉穿过ACU面板刚性固定于主机柜中的承重支架上。ACU和机柜的防护等级为IP50。主机柜内装ACU，最大功率为80W，电源要求是220V沟通电；机柜供电电源线及ACU信号线GPS信号线等一般从地下走暗线.。下表为ACU的正常工作环境：操作温度–30–65℃储存温度–45–85℃相对湿度0–95%，不凝固状态(NonCondensing)输入电压220V/50Hz输入电流（正常状态）3A&24VDCACU设有2个通信网口，2个USB数据接口，一个VGA口一个GPS接口和若干个传感器信号接口系统通信须要1个标准网口，一个备用网口，在现场调试安装中通过通信网口与业主局域网系统相连接并分给ACU一个IP地址。USB数据接口主要用于拷贝数据等。VGA口主要用于现场安装完成以后通过VGA口连接液晶显示器进行各个站点的临时调试，GPS接口主要用于连接站点外的GPS天线通过GPS受时同步各个站点的时间ACU主机附件还包括传感器接线端子、电源接线端子、空气开关、插座、GPS避雷器等。图1ACU系统安装位置及数量：ACU的安装依据现场管线的长度及地形位置进行最优安装设计一般每个站点安装一台ACU。ACU连接传感器须要铠装电缆铠装电缆的数量及长度须要依据现场来确定，在现场施工中铠装电缆必需埋穿管埋地走暗线。安装位置：ACU的安装位置应当选择在传感器旁边的设备间，该设备间尽量靠近传感器安装位置。须要业主协作或协调事项：须要业主找到合适的设备间放置RTU；须要业主在设备间内供应稳定的220V沟通电，功率能达到上述要求；须要业主在设备间内供应一根可联网的网线，并安排一个IP地址；须要业主帮助设备间屏蔽电缆、GPS天线的布线、埋地等。3.3.2传感器安装低频声波传感器通过引压管安装到主管道。传感器接口包括1/2NPT内螺纹、外螺纹等多种接口形式。传感器与管道之间应设置取样截止阀。低频声波传感器的安装要求和安装方式可参考压力变送器的安装方式。系统运用的传感器的常用管道接口为1/2NPT内螺纹，传感器一般在现场安装的时候会通过3通来接入管道，一般选择管道上原来装的压力表和压力传感器位置进行改装，但是压力表和压力传感器一般是外螺纹M20×1.5,而3通螺纹是1/2NTP所以压力表和一字表之间还要再加M20×1.5转1/2NTP转接头通过3通及转接头后方可正常安装业主的仪器仪表和我们音波音波传感器，在安装音波传感器之前须要布置音波传感器的信号线，信号线走线为暗线，通过现场的地下走线管和走线槽走到我们须要的位置地面处信号线在地面处以后通过防爆软管引到音波传感器上，在用信号线连接传感器之前先用万用表测量信号线有无短路状况等，假如测试正常在信号线不接电的状况下安装传感器用凯装电缆的外铜丝接传感器壳体，铠装电缆的红线接24V正，黑接24V负，（不能接到test正负上）2个传感器安装完毕以后联通机箱内部设备，供电，并通过业主索要该站点的网络IP地址和一个正常工作的网线接口加入局域网检查通电状况下是否全部仪器正常运行，检查完成正常运行后红一联音波泄漏监测站点工程施工安装完毕。下图（2），图（3）为传感器安装图：图（2）图（3）为红某项目传感器现场安装图：图（3）数量：一般在现场2个站点之间会选择安装4传感器，分别为2个主传感器2个副传感器这样，2个传感器的位置一般在大于10米小于50米左右。安装位置：须要业主协作或协调事项：须要业主帮助找到主副传感器安装位置；须要业主帮助安装三通及传感器，包括管道开关针型阀、卸下原有压力表或变送器、安装三通、复原安装原有压力表到三通上、安装湿传感器到三通上，检测安装是否合格；须要业主帮助从传感器出来的屏蔽电缆的布线、埋地等，帮助屏蔽电缆如何连接到所对应ACU所在的设备间。安装现场必需遵守业主现场平安管理要求，如必需佩戴平安帽，不得运用明火打接电话等等。3.3.3GPS安装GPS天线一般安装在现场最高建筑物的屋顶，或者安装在无遮挡高处，天线应高出屋顶或地面0.5m以上。如下图（4），图（5）所示。图（5）为红河油田项目GPS安装位置：图（4）cad示意图：图(4)图（5）为红河油田项目GPS现场安装图：图（5）GPS天线安装GPS信号线应外加爱护套管（镀锌钢管或PVC管，通过膨胀螺栓固定到墙体）。钢管之间采纳弯头连接，连接必需牢靠能防雨。与GPS天线干脆相连的钢管或PVC管兼起支架作用，相连处是M25x2外螺纹。GPS天线用长0.2米和8跟1.5米的6分带管螺纹的镀锌钢管加配套对丝弯头做个GPS支架，用电锤在墙体打孔并且用膨胀螺钉固定GPS及其支架，GPS信号线通过弯头沿着镀锌钢管往下走并且引导信号线通过地下走线到达机箱处通过航空插头与避雷器连接，（避雷器通过机箱下边接地线导入大地）。GPS信号线在进入ACU主机前须要接GPS避雷器，防止GPS遭到雷击而损坏设备。数量：镀锌钢管数量一般1个GPS天线须要1-3跟1.5m长和转接头若干依据现场环境不同数量不同。安装位置：GPS须要安装在站点旁边的无遮挡的空旷地点，一般状况下是安装在设备间的墙上高处，GPS天线高处设备间外墙0.5m以上。须要业主协作或协调事项：须要业主帮助设备间GPS天线的布线、埋地等。3.3.4泄漏监测服务器安装泄漏监测主机由硬件和软件组成，硬件一般运用高性价比、高稳定性的PC服务器，软件是拥有自主学问产权的管道泄漏监测软件。泄漏监测主机通常安装在限制中心、中心站场或者值班室。功率约600W，电源220V/50Hz沟通电。泄漏监测主机通信网络支持须要供应一个标准网口，并安排一个固定IP。图（6）为服务器：图（6）数量：总共1台。安装位置：可在限制中心、中心站场或者值班室。须要业主协作或协调事项：须要业主找到合适的限制中心放置泄漏监测主机；须要业主在设备间内供应稳定的220V沟通电，功率能达到上述要求；须要业主在设备间内供应一根可联网的网线，并安排一个IP地址；3.3.5特殊安装要求为了保证噪音屏蔽效果、提高泄漏监测精度，首站和末站都分别设置声波传感器阵列，每个阵列含2~4个声波传感器。走线PVC管若干依据现场状况打算3.3.6走线要求3.3.6.1全部馈线必需依据设计方案（文件）的要求布放，要求走线坚固、美观，不得有交叉、扭曲、裂损状况；各种套管须用同色扎带、胶布进行捆扎、缠绕；PVC须用PVC对接管进行对接。3.3.6.2走线用喉箍、扎带和L型馈线座、单/双孔波导卡、隔墙码、PVC管卡码等进行固定。室外走线淮河以北可用喉箍、单/双孔波导卡、隔墙码固定。3.3.6.3工程走线袒露部分（除线井内）必需加套白色PVC管，拐弯处用水纹管连接，拐弯水纹管长度不大于0.3米。尾纤全部加套水纹管。则由客户提出,同时在设计中必需明确提出,另作说明。3.3.6.4加套PVC管的馈线在走线架或墙壁垂直走线时，每隔9米必需用扎带把馈线固定于走线架或其它固定件上，以防止馈线因自身重力而引起馈线下堕。3.3.6.5垂直走线或必要的空中飞线若无法固定，则预先将馈线用扎带或电缆挂钩固定在钢丝绳上，钢丝绳两端用膨胀螺丝、地锚、紧绳卡和调整环拉紧。客户特殊要求时，必需安装专用走线架。(一般现场施工采纳地下走线形势)3.4实施支配依据以往项目阅历和项目实施惯例，iSafe系统的实施周期约为18周，时间支配参见下表：表4.1项目周期序号具体工作内容时间备注1现场考察，具体方案设计：1.确定设备选型方案；2.传感器安装方案；3.GPS安装方案；4.设备安装方案；5.电源供电方案，设备选型；2周具体方案包括：具体设备列表；传感器走线图；GPS走线图；设备走线图；等内容。2设备订货：主服务器订货（4周）；进口传感器订货（12周）；GPS模块订货（2周）；电源设备订货（3周）；其他协助设备订货（4周）；12周进口传感器须要12周时间3系统集成、工厂测试及安装：1.分项测试：1）电源测试2）设备分项测试；3）硬件联合测试；4）软件联合测试；2.集成测试：1）系统集成；2）系统性能测试；3）系统连续运行测试；2周系统集成在厂家完成；传感器到货之前，完成电源测试、设备测试、硬件测试、软件测试等内容；之后完成系统集成测试；传感器到货这后，完成集成测试，系统连续运行3天以上；4现场调试：现场设备安装及测试（1周）1）传感器安装；2）GPS安装；3）处理终端安装；4）服务器安装；系统测试（2周）1）系统运行测试；2）实际放油，系统性能测试；3）系统工作参数优化；4周系统实际放油测试，工作参数优化须要时间最少为2周；依据实际状况，该过程可能延长到4周。5项目验收，交付运用实际放油测试；签署放油测试结果报告；系统培训，签署培训报告；1周进行实际放油测试，检测系统性能。整个项目周期约为21周3.4.1现场考察及方案设计我方将派遣工程师到现场，进行如下工作：完成iSafe系统各种设备选型；确认管线的各项参数。确定数据采集处理终端的安装（一般安装在站场或者阀室）。依据管道实际状况确定传感器的安装方案。依据实际状况确定GPS的安装。确定泄漏监测定位泄漏监测主机的安装。依据管道的基本资料和现场考察结果，我方完成试验原油管道次声波管道泄漏监测定位系统设计。3.4.2设备订货、生产、集成与测试在合同签订后我方将尽快进行设备的选购 和系统集成。系集成完毕之后我们将进行全面的软硬件测试，包括模块测试和总体测试，测试过程覆盖系统的全部输入和输出。设备将在我方工厂进行48小时连续工作测试。我方保证系统在出厂前是合格牢靠稳定的。假如用户对系统提出修改看法，在得到双方书面确认状况下，在设备出厂之前完成修改和测试。3.4.3系统安装我方将遵照业主的要求指导相关单位或者部门进行系统的安装。设备运抵现场后，公司将派遣多名工程师指导现场安装：安装传感器、ACU、GPS及泄漏监测主机。检测传感器是否正常工作。检测GPS是否正确工作。检测ACU是否正确工作。检测通讯系统是否工作正常。3.4.4现场调试现场调试我们须要进行以下工作：测试系统的数据采集、传输、报警、监控、备份等功能是否工作正常。组织进行管道泄漏试验，采集管道的噪音以及模拟泄漏次声波信号。依据现场次声波信号调整并优化系统工作参数。测试系统的实际工作性能。3.5系统验收我方在系统调试完毕之后提出验收申请。业主技术人员按双方商定的验收方案支配，在选定的模拟泄漏点进行模拟泄漏试验，操作步骤与调试时的模拟泄漏操作步骤相同。业主验收人员在监控中心记录iSafe系统的监测结果。双方对监测结果进行评估，并签字确认。3.5.1验收标准在设备和系统安装和初步调试完成后，买卖双方将按如下内容或标准进行验收。1、技术协议书规定的全部设备、装置的种类、规格型号及数量；2、有关设备、装置、线缆的安装位置和施工工艺的设计图纸或方案；3、本项目方案中规定的有关系统的声波测漏效能指标。验收程序：按验收标准清点交接全部设备、装置的种类、规格型号及数量，并由双方代表在验收单上签字；按有关设计图纸或方案验收有关设备、装置、线缆的安装位置和施工工艺，并由双方代表在验收单上签字；按项目方案中规定的技术指标，对声波测漏系统进行现场测试验收。3.5.2现场实际排放液体（气体）模拟泄漏测试验收在现场调试完场后就是验收，为了证明声波测漏系统在肯定的运行状态下和特定的尺寸范围内，能够有效监测泄漏，就须要进行实际的泄漏测试。本项目方案中，将采纳流孔板模拟泄漏的方式。管道实际泄漏时，肯定会当即产生一个漏洞。采纳流孔板模拟泄漏方式，就是通过安装固定在管道上的流孔板来模拟泄漏。一般地，用于泄漏测试的流孔板安装在被检测管道段的上游或者下游的端口，目的在于能够让两个监视点都能监测到一个很强的泄漏信号。测试用的引管的直径，至少应当是泄漏孔径的两倍大小。现场验收的目的在于演示一个正在运行的声波测漏系统，从而证明此系统完全能够满意技术协议书的要求。该测试过程，还能够充分证明系统可以利用最小的误报率来保证最大的测漏灵敏度。在测试过程中，过滤、极限数据以及声音传播速度参数都将设置为最佳状态，以便能够得到最好的测试效果。为了能够精确监测系统的泄漏敏感度，最终一次泄漏测试都将用流孔板来完成。运用流孔板能够保证测试所产生的声波信号，更精确地接近模拟实际泄漏。泄漏测试的步骤：初始打算：探讨并明确在测试过程中须要的人员以及外围协助设备。初步排放液体（气体）模拟泄漏：记述管道上的模拟泄漏。调整系统参数以减小误报率，收集数据来确定管道内的最佳音速(在确定泄漏位置时候运用)。最终排放液体（气体）的模拟泄漏：最终测试用来确认系统测漏灵敏度、泄漏点的精确定位以及系统报警反应时长。测试打算：1、落实模拟泄漏硬件，包括流孔板以及流孔板限制器或限制阀门。2、落实在泄漏测试现场，相关人员之间的即时通信联络方式。3、由卖方和卖方组织派出的专业工程师，驻于模拟泄漏测试站点，以组织指挥流孔板的操作或者球阀模拟泄漏。4、测验过程中，要有具体的管道参数和运行参数来保证泄漏测试结果的评价。泄漏测试程序和步骤文件，将发放给负责运用流孔板或进行球阀泄漏测试的人员。当每一个子系统的电路连接完成时并达到测试要求条件时，卖方组织的专业工程师将启动系统测试。初步排放液体（气体）模拟泄漏，初步排放液体（气体）模拟泄漏可供应关于系统灵敏度和音速的信息。泄漏测试测出的音速值是最精确的音速数值，该数值将被输入系统中用来测量泄漏点位置。每一次的泄漏测试，泄漏数据都应当由安装在最近的两个相邻的现场数据采集处理器处的笔记本计算机记载收集。这些数据将在图形过滤以及其它过滤调整时用来微调运用。通常状况下，须要三次或者更多的泄漏测试(由现场工程师在检查完实际背景噪音后确定次数)，对测试管道段的泄漏检测以及其它过滤体系进行微调，同时确认实际管道长度和计算一个精确的泄漏位置时的音速。为了证明实际的管道长度和音速，泄漏测试引管必需安置在每一段管道段的一端，来保证对安装在管道两端的传感器之间的实际传播时间的测量。对于在盲区段(位置测量不能确定的区段)的全部测试，有必要调整管道长度的参数使其变得更长，以此保证泄漏能够发生在被爱护的管道段。此外，因为实际管道长度，音速和泄漏检测签名在测试未完成之前的不确定性，有必要启动比规定的最大可测泄漏孔径大两倍的泄漏孔径进行初始测试。可以收集到包括背景噪音和管道运行噪音在内的其他数据。经过这些微调测试后，工程师将会对泄漏检测以及其它过滤体系做必要的修改，对于音速，管道长度和每一管道段的动态门限做出必要的调整。采纳流孔板之前，习惯上通常完成快开球阀的几个测试，这是为了保证系统能够正常工作，以免奢侈时间精力来安装流孔板。在安装便携式计算机和泄漏测试排放地点之间，将进行必要的声波传输。在测试过程中，须要保证球阀全开。安装完毕而且声波测漏系统也已经稳定最少5分钟后，就可以通过尽可能快的开启球阀来完成这个模拟泄漏测试。阀门最短可以持续5秒钟的开启时间。阀门开启时，应当同笔记本计算机定位功能结合起来确定每一个测试的检测时间。并记录下数据，重复操作。必需保证尽快开启球阀通过信号振幅，确定预期的最小孔径的敏感度。插入比上次计算确定的孔板尺寸还要大的孔板重复进行测试。确保尽快的开启球阀。当上述初步测试完成后，记录泄漏结果。依据现场评估结果并得到现场工程师的同意后，流孔板泄漏测试设备可用盲板来封堵。最终排放液体（气体）模拟泄漏：这些泄漏测试将会校验泄漏敏感度，定位精确性以及探测时间。在固定流孔板的位置卸除盲板。系统打算就绪时，运用流孔板进行模拟泄漏。记录泄漏结果。上述验收过程，均有实时打印有关测试数据。当该测试结果符合本协议确定的技术指标时，双方代表应在打印数据的首页上签字确认。签署验收证明书：在验收通过后，双方代表还应现场签署《验收证明书》一式六份，该签字视为通过验收。3.5.3质量保证、售后服务声波测漏系统全部设备、装置的设计运用寿命为15年，并保持性能良好，一般不须要特殊的维护保养。质保期为系统投用后18个月或发货后24个月，以先到日为准。售后服务：售后服务，分为质保期和质保期满后两个阶段。在质保期内，卖方对系统的软硬件供应全部的免费保修服务。服务形式包括(但不限于)：故障类硬件更换或修理、软件故障的远程诊断与解除、必要的现场故障诊断与解除、7*24全天候邮件问题解答、工作日内电话询问、定期的电话回访等。质保期满后，卖方对硬件更换和软件故障现场处理，终身按成本价格供应服务。同时接着供应免费服务包括：邮件解答问题、工作日内电话询问、电话方式定期回访(每年一次)。3.5.4文件递交卖方将会供应关于声波测漏系统的完整文件，包括设计方案、硬件指南，包括安装图表和配线图表、系统通信方案，具体包括中心数据汇合处理器和声波测漏系统监控主机的通信，以及中心数据汇合处理器和客户端口DCS/SCADA之间的沟通界面。此文件中将会包括对于SCADA的具体描述、操作手册，包括操作屏幕和系统操作程序的图文说明，和具体的操作界面指南。卖方应供应设备安装施工图1套。包括：各站场及阀室平面布置CAD图、各站场及阀室工艺流程图、系统安装大样图、电路及通信系统示意图图等。3.5.5培训在工程调试验收阶段，由卖方和用户共同商定，就项目系统的应用和维护对有关管理、技术人员进行相应的培训。主要培训内容如下：iSafe管道测漏原理iSafe管道测漏系统硬件结构与功能介绍iSafe管道测漏系统软件结构与功能介绍iSafe管道测漏系统ACU、监控主机运用操作iSafe管道测漏系统维护培训目的是为了使相关技术人员能够驾驭并娴熟运用iSafe管道测漏系统的原理和运用方法，日常运行和维护。3.6系统调试与验收3.6.1调试概述不同的管道工况不同，泄漏声波也不尽相同。泄漏声波受管道输送压力、输送介质、流淌状态、温度等因素影响。因此在安装完成之后须要进行调试，对实际泄漏低频声波进行采样和分析，校准音速，配置系统的模型和参数，以提高系统检测灵敏度，降低误报率。为了进行系统调试，通常采纳人为放油或者放气试验模拟管道泄漏。这就是模拟泄漏试验，也称为放油或者放气试验。系统的调试验收通常通过模拟泄漏试验进行。3.6.2出厂测试卖方保证，全部硬件元件在出厂前均通过测试标准。测试对象包括系统的全部装置，如：ACU终端、声波传感器、泄漏监测主机。3.6.3管道泄漏试验管道泄漏试验须要打算可开关的阀门（球阀为佳，截止阀也可）及模拟不同泄漏孔径的流孔板，指中心带小孔的圆板。通常选择主管道已有阀门之后安装流孔板模拟管道泄漏。阀门后方安装流孔板，打开球阀，管道内介质从流孔板流出，即可模拟管道泄漏。为测试不同泄漏率的管道泄漏，管道泄漏试验须要在放油或者放气通道安装流孔板通过设置不同流孔板可以模拟出不同孔径的泄漏。对于原油成品油管道可以在模拟泄漏装置末端放置容器进行输送介质的回收，自然气管道一般通过排放管对空排放。3.6.4管道泄漏试验支配一般状况下系统调试约需多组模拟泄漏试验，每组进行10次左右管道泄漏模拟试验。每组管道泄漏试验约须要进行3天，其中现场试验进行1天，泄漏数据分析处理须要2~3天。四、应用案例4.1西南管道公司兰成渝管道成都-资阳泄漏监测试验段兰成渝管道成渝段成都-内江段共有4座站场，3座阀室，323.9管径，采纳X52级管材。干线管道的壁厚为7.1～12.7mm。站场和紧急截断阀室均有压力远传。4座站场均有超声波流量计。表1.1兰成渝成渝段成都-内江段站场设置状况站场/阀室总里程(km)高程(m)阀室类型间距成都分输泵站881507站场0简阳分输站956.6425.7站场75.6资阳分输站982.53371.4站场25.93梨树湾1010.9400紧急截断阀室28.37庙儿山下1011.6356单向0.7石堰塘1042410手动30.4内江分输站1067.01364.3站场25.01本次试验段为成都-资阳段，包括站场成都泵站、简阳分输站、资阳分输站，总里程101.53km，管径323.9，采纳X52级管材，管道的壁厚为7.1～12.7mm。成都-资阳段管道的运行流量在300-540m³/h，成都-资阳段设计压力为11.2Mpa。表1.2成都泵站和内江泵站的泄压值站名进站压力（MPa）出站压力（MPa）成都站4.211.2内江站5.29.9依据管道的基本资料，制定iSafe音波管道泄漏监测方案如下：表1.3兰成渝成渝段成都-内江段设备方案表站场/阀室阀室类型间距（km）iSafe设备备注成都分输泵站站场02通道ACU终端简阳分输站站场75.62通道ACU终端成都到简阳段监测距离过长，假如中间没有监控阀室，监测性能指标可能会有所下降，建议中间添加监控阀室iSafe设备资阳分输站站场25.932通道ACU终端系统设备安装图如下：图4.1.1西南管道成都-资阳段iSafe系统设备安装图2014年11月10日~11月15日，应中石油西南管道公司邀请，我公司技术人员在成都输油站、简阳分输站、资阳分输站分别安装一套iSafe-LD100-ACU音波管道泄漏监测系统的声学监控终端，及配套的音波传感器阵列。图4.1.2成都站音波主传感器安装图图4.1.3声学监控终端现场安装图图4.1.4GPS天线现场安装图图4.1.5泄漏监测服务器现场临时安装图图4.1.6五家厂商监控服务器图2014年11月19日，兰成渝输油分公司在陈家房子阀室又进行了6次放油，用以检验各测试厂家系统的性能，要求各厂家进一步对设备进行调试，并支配专人在成都输油站帮助、指导设备厂家进行系统调试。我公司的测试结果如下：1、11：21-11:26，放油瞬时流量4m³/H，瞬时流量约为管道输油量的0.8%，我公司泄漏监测系统对放油动作刚好进行了报警，监测到的具体结果如下图：2、11：36-11:41，放油瞬时流量4.1m³/H，瞬时流量约为管道输油量的0.8%，我公司泄漏监测系统对放油动作刚好进行了报警，监测到的具体结果如下图：3、11：51-11:55，放油瞬时流量2m³/H，瞬时流量约为管道输油量的0.4%，我公司泄漏监测系统对放油动作刚好进行了报警，监测到的具体结果如下图：4、12：06-12:11，放油瞬时流量2m³/H，瞬时流量约为管道输油量的0.4%，我公司泄漏监测系统对放油动作刚好进行了报警，监测到的具体结果如下图：5、12：22-12:23，成都输油站调压，管道内压力陡降，放油瞬时流量5m³/H，瞬时流量约为管道输油量的1%，我公司泄漏监测系统对放油动作刚好进行了报警，监测到的具体结果如下图：6、12：53-12:57，放油瞬时流量1m³/H，瞬时流量约为管道输油量的0.2%，我公司泄漏监测系统对放油动作刚好进行了报警，监测到的具体结果如下图：上述六次放油，我公司泄漏监测系统均对放油动作进行了报警，除泄漏监测系统自动报警外，在报警瞬间声学监控终端采集到声学传感器回传的波形数据也特别明显，通过声学波形也能推断管道有泄漏状况，具体波形图如下：依据上图，按每次放油动作的时间依次进行标注，并将每次放油瞬时波形进行放大后如下图：上述数据，即为我公司11月19日放油试验的实测数据，通过测试，我们看到，我公司音波管道泄漏监测系统对6次放油均进行了报警，尤其是成都站调压及瞬时放油量为1m³/H的两次放油，除我公司成功自动报警外，其他厂家均未能监测到放油动作。4.2中石化红河油田油气混输管网中石化华北分公司第一采油厂（以下简称采油厂）其油区地处甘肃山区，矿区分散，地形困难，生产运行管理难度较大。目前，采油厂管理着600多口油水井，工区勘探开发面积2515平方公里，探明面积426.44平方公里，探明储量18005.06万吨，动用面积115.77平方公里，动用储量5726.7万吨。主要开发方式为水平井分段压裂开发。目前开井402口，日产液4800立方米，日产油1081吨，含水77.6%。目前进集输系统276口（60.5%），正在施工13口。目前采油厂有联合站1座，转油站1座（在建1座），增压站12座（在建3座），污水处理回收站10座（在建1座），集输站2站，发油点40座，钻井作业废水处理站1座。集输干线9条126公里，单井集输送管线276公里。注水管线55条54.6公里，共456.3公里。为确保管道的平安运行，消退事故隐患，爱护环境，完整牢靠的监测系统对长输管道的在线泄漏检测和运行操作有着重要意义。依据说明书要求，本方案将针对19条126公里集输干线设计音波泄漏检测系统。依据管道的基本资料，制定泄漏监测方案。系统设备安装总图如下：图4.2.1音波管道泄漏监控系统拓扑图本方案针对19条油气混输干线设计音波管道泄漏监测定位系统。项目完工后，系统性能为：最小可测泄漏孔径6-25毫米，定位误差小于±500m。中石化华北分公司红河油田测试管段为油气混输管道，含气量为20%左右。含气量有较大幅度的波动。由于油气混输管道输送不稳定，噪声较大，给管道泄漏监测系统带来了极大的技术挑战。2013年11月30日，本公司主要设备运达中石化华北分公司红河油田测试管道现场，并起先设备安装。2013年12月2日下午，完成红一联站设备安装。红一联站场设备现场安装包括主音波传感器、备用音波传感器、ACU、GPS等，如图所示：图4.2.2GPS天线2013年12月3日下午，完成红一转站设备安装。经测试，红一转站设备安装正确。GPS模块能够正确授时，音波传感器能够精确获得音波数据，iSafe-ACU能够与管道泄漏监控服务器正常通信。2013年12月3日下午2点启动iSafe-ACU，红一转站起先执行管道泄漏监控。启动iSafe-ACU，执行泄漏监控。红一转站场设备现场安装包括主音波传感器、备用音波传感器、ACU、GPS等，如图所示：图4.2.3音波传感器图4.2.4ACU的现场安装2013年12月3日上午10点，在中心机房安装管道泄漏监控服务器。管道泄漏监控服务器正常运行，iSafe系统起先执行管道泄漏监控工作。2013年12月2日晚上，3#螺旋板式换热器发生泄漏，后续流程切换至旁通流程，并进行换热器抢修。iSafe管道