管道泄漏預警監測

《HKH系列管道泄漏監測報警定位系統》是我公司依照API1155標準，結合各種不同管道的綜合特性研制開發的，是基于模糊神經網絡的人工智能型管道泄漏監測系統軟件。它克服了傳統方法的不足之處，能夠在多種復雜情況下對各種大小泄漏進行及時報警和準確定位。目前,該技術以其廣泛的適應性、優良的性能在實際應用中取得了很好的效果。

HKH系統是一套全自動實時管道監測系統網絡，最小的網絡可以由一段只有一對進出口的管道組成，多則無限。只要網絡能夠不間斷地采集到管道每一個端口和必要節點的流量、壓力等數據，系統就能及時準確的發現管道的泄漏，精確判定泄漏位置及泄漏量，完整的記錄泄漏過程，無需人為設置參數，完全實現了智能監測。HKH系統適用于各種流體輸送管道，諸如長距離輸送成品油管道、原油管道、氣體介質管道、油田外輸管道、油田集輸管道、多相流混和輸送管道等。不但適用于流量和壓力較平穩的環境，流量和壓力波動較大的環境同樣適用，并且能滿足特殊山區輸油管道的泄漏監測。

HKH管道泄漏監測系統是一種采用核心算法和關鍵技術量身定做的監測系統。因為管道工作過程千差萬別，沒有一個固定不變的模型可以套用。這種技術不是讓所有不同工況的管道去適應一種固定的泄漏監測程序，而是讓監測系統去首先了解不同管道的特征，讓監測系統去適應去識別每一條具體的管道。這一特點決定了每一條管道最終都會有一套最適應其工藝特點的泄漏監測系統，這也是HKH系統能夠適應各種管道泄漏監測的原因。

HKH管道泄漏監測報警定位系統是一種新穎的人工神經網絡技術
，是以模仿人類大腦拓撲結構開發的軟件，將網絡思想與模糊邏輯推理思想相結合，形成模糊神經網絡。

在這種網絡中，在采集的流量壓力數據中篩選出次聲波的數據，將抽取的次聲波數據樣板分成若干個單元，各單元表示管道不同的工作狀態，單元之間的連接權表示相應模糊概念之間的因果關系。這種網絡可以表達人們積累的知識，同時，它在工作中通過自學習又不斷的積累和更新已有的知識。因為管道絕大多數時間是不會泄漏的，這就給網絡學習提供了充分的條件，所以知道了什么是正常工作不該報警，也就識別出了什么是泄漏，因此，這種方法不需建立泄漏模型庫，不必進行復雜費時的規則搜索、推理，而只須通過高速并行分布計算就可產生正確的輸出結果。

毫無疑問，網絡結構模型是核心技術。目前，神經網絡結構的設計全靠設計者的經驗，由人事先確定，還沒有一種系統的方法來確定網絡結構。但是，采用遺傳算法可以優化神經網絡結構，從而使管道泄漏的識別能力得以極大的提高。下圖中的藍色線就是模糊神經網絡的輸出曲線，從圖可以看出，盡管流量、壓力變化很大，在不發生泄漏時藍色曲線幾乎是一條直線，它只在極小的范圍波動，一旦發生泄漏，它就立刻變大，其大小隨著泄漏量波動，而與當時的管道壓力、流量沒有關系。若沒有網絡輸出曲線作為判別依據，識別出這樣的泄漏幾乎是不可能的。HKH3.0版軟件在各條管道應用中的突出表現，已經充分地證明了它的優越特性。

HKH管道泄漏監測系統分析管道運行狀態依據的是次聲波。不論液體還是氣體，其本身作為聲波傳播介質的同時也是聲源體。流體在管道中輸送時，受各種因素影響，介質質點間時而疏松，時而緊密，因而產生壓強忽小、忽大變化的壓力波，也就是聲波；一旦管道發生泄漏，泄漏點也會產生聲波；這兩種波動都導致了流量的變化，這從P—T和Q—T曲線上可以看得很清楚，這就是分析管道運行狀態和泄漏的基礎。經檢測試驗，借助于頻譜分析，我們可以看到，這些幾乎涵蓋全波段的聲波都會在介質中傳播，但是，波長比較短的超聲波和可聞聲波在距離聲源不太遠的位置就逐漸被介質吸收而消失了，而且波長越短，吸收衰減的也越快，只有次聲波傳播的距離較遠，能傳到幾千米至十幾萬千米以外。次聲波的傳播速度和可聞聲波相同，雖然它不能引起人們聽覺器官的感覺，但它對我們分析管道泄漏具有無可替代的應用價值。管道泄漏后會產生各頻段的聲波，如果想通過可聞聲波和超聲波監測管道泄漏，只有在管道沿程裝有很多傳感器，而這樣做顯然是不合理的。管道一旦發生泄漏，泄漏點聲源中只有剩下來未被吸收的次聲波信號能夠傳到遠端的傳感器。只要泄漏點不是出現在傳感器附近，傳感器也就只能檢測到泄漏所產生的次聲波部分。

所以，遠程監測管道泄漏，只有分析次聲波才有價值。為了通過次聲波獲得管道泄漏信息，就必須有合適的傳感器。研究表明，對于一個工作壓力區遠大于其波動壓力的管道，監測可聞聲波和超聲波可以采用聲傳感器，但監測次聲波就不行了。因為管道發生泄漏產生的次聲波都是多頻譜的合成波，很復雜，頻域和幅值變化差異非常大，監測管道泄漏對信息的要求是不失真的監測到任何流體狀態的變化，要求傳感器的頻響范圍足夠寬，一般電容式壓力變送器頻率相應區0～10Hz，采用擴散硅傳感器制造的壓力變送器可以達到0～1000Hz；在強度變化上，變化的區間達幾帕～數十兆帕，不可能制造出這樣的次聲波傳感器，所以，壓力變送器是遠程監測管道泄漏的最好傳感器。

HKH管道泄漏監測系統采用次聲波監測的某一段管道時，不必在管道上裝聲傳感器，直接通過壓力變送器和流量計采集至少兩個端點的壓力、流量信號，將這些含有各種頻率的壓力、流量信號存入數據庫。然后進行頻譜分析，將分析選出的次聲波信號分類，提取其特征，再存入數據庫，以備泄漏分析使用。因為聲波在傳輸過程中依頻率變化由高到低成指數規律衰減，泄漏信號在管道內流體中同時向兩邊傳播，根據這些特點，我們可以從信號的頻率和幅值兩個條件上判斷信號源發生的位置，將這些不同特點的信息作為神經元的輸入信號，經過處理，就能夠及時發現管道泄漏，同時做到沒有誤報警。

HKH管道泄漏監測系統軟件要求采集被監測管道所有端口的流量和壓力信號以及必要時的密度、溫度信號，在管道已有SCADA系統的環境下應用時，HKH系列管道泄漏監測系統軟件可以通過相關通訊協議（如OPC協議）直接與SCADA系統相連接，以便從SCADA系統中直接獲得這些數據，當SCADA系統采集的數據無法滿足HKH系統軟件的要求時，可以將SCADA系統儀表的信號通過加裝隔離器的方法分離出來，由HKH管道泄漏監測系統和SCADA系統各自互不干擾的獨立采集數據。在這種情況下，可以考慮HKH管道泄漏監測系統是否需要單獨建立一套與SCADA系統相對獨立的通訊系統，也可以考慮讓這套系統采集更多的數據、處理更多的事務，從而構成一個以管道泄漏監測為主要任務的備用管道SCADA系統。

長輸管道設計采用HKH管道監測系統時，應該考慮在每個站點都配置監測計算機，雖然只要有次聲波信號無論多遠都能對泄漏進行監測，但是距離愈遠信號衰減愈嚴重，發現小泄漏的幾率就會下降，同時，由于遠距離信號畸變與近端聲波信號疊加的緣故，也會導致定位誤差的加大。

在沒有SCADA系統、或監測儀表不完整、通訊條件比較差的條件下，選擇HKH系統時應該考慮配置基本齊全的監測儀表，按一般設計儀表選型原則均可以滿足要求，如果是含有氣體的混合輸送管道，最好選擇轉動均勻和壓差損失小的容積式流量計，比如螺旋轉子流量計、刮版流量計。制定合理的通訊方案，安排放置監測計算機與附屬設備的環境。購買方應該和HKH系統的銷售商聯系，以便根據現場的具體條件和要求制定最佳方案。如果一端有流量計另一端裝流量計不方便，在合適的情況下也可以選擇采用微差壓變送器替代流量計，具體選擇辦法請和你的服務商聯系。

最簡系統儀表配置圖

系統通訊方式可以根據用戶現場情況靈活選擇，一般采用以局域網為主，以VPN為輔的通訊方式。

局域網通訊由客戶端和服務器構成，這種方式的優點是數據傳輸速度快，質量高，VPN則是依靠互聯網為平臺構建的包含IPSec隧道協議的網絡，它具有成本低、安全性高、易擴展的優勢特性。HKH系統將二者有機的結合，以局域網通訊為主通訊方式，VPN為備用通訊方式，一旦主通訊方式出現故障則啟用備用通訊方式，以保證系統能夠實時監測管道運行狀況。

現場可以選擇采用控制柜、操作臺或計算機桌來放置計算機，機柜或控制臺宜選擇與原有其他控制設備外觀一致的產品。在不需要人工觀察的場合，也可以選擇壁掛式小機箱。這里給出的機柜和控制臺可供參考，只要購買方沒有提出特別具體要求，賣方將優先提供本圖樣式控制臺或機柜。