1
、概述

　　隨著中國經濟迅猛發展，能源需求倍增。管道運輸因運量大、耗能低
、經濟環保等優點，迅速成為石油、天然氣的主要運輸方式，在國民經濟中占據越來越重要的位置。

　　由於管道運輸固有的高壓、易燃、易爆特性，長輸管道的安全管理極為重要。泄漏是長輸管道運行中最主要的安全威脅之一。氣體管道泄漏往往造成中毒、火災和爆炸等嚴重事故。近年來，犯罪分子在原油成品油管道打孔盜油
，導致巨大經濟損失。

　　管(guan)道(dao)泄(xie)漏(lou)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)管(guan)道(dao)的(de)運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)，當(dang)管(guan)道(dao)發(fa)生(sheng)泄(xie)漏(lou)時(shi)，能(neng)夠(gou)及(ji)時(shi)發(fa)現(xian)並(bing)確(que)定(ding)泄(xie)漏(lou)發(fa)生(sheng)的(de)位(wei)置(zhi)。從(cong)而(er)可(ke)以(yi)及(ji)時(shi)有(you)效(xiao)地(di)進(jin)行(xing)應(ying)急(ji)處(chu)理(li)，控(kong)製(zhi)和(he)減(jian)少(shao)因(yin)管(guan)道(dao)泄(xie)漏(lou)造(zao)成(cheng)的(de)經(jing)濟(ji)損(sun)失(shi)
，具(ju)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)和(he)社(she)會(hui)效(xiao)益(yi)。

　　智能音波管道泄漏監測係統采用先進的信號處理
、模式識別和人工智能技術
，提高了管道泄漏監測係統的靈敏度、可靠性和穩定性
，降低了誤報率，是目前最為先進的第四代管道泄漏監測技術。

　　2、DOLPHIN音波智能管道泄漏監測係統簡介

　　beijinghuanyushengwangzhinengkejiyouxiangongsiyuzidonghuaxingyezhongchuangxinyukejidelingxianzheaodilibeijialaigongyezidonghuayouxiangongsihezuo，zaiguoneituiguangbeijialaiguandaoxieloujiancejiejuefangan--DOLPHIN智能音波管道泄漏監測係統，是貝加萊公司在音波智能管道泄漏監測領域唯一係統集成商。

　　DOLPHIN係統在管道兩端安裝音波傳感器，24小時實時接收並監控管道內音波信號。DOLPHIN係統通過音波信號處理，消除管道的背景噪聲並抑製管道操作過程中產生的幹擾
；然後利用模式識別和人工智能技術，實時識別甄別和分析音波信號，確定是否發生泄漏；最後根據音波信號到達管道兩端的時間差，計算出發生泄漏的位置。

　　DOLPHIN智能音波管道泄漏監測定位係統主要包括數據采集處理終端、泄漏監測定位服務器以及人機接口界麵。同時
，係統正常運行需要通訊網絡支持
，比如GPRS路由器和VPN服務器等。如圖1所示：

圖1 DOLPHIN音波智能管道泄漏監測定位係統

　　數據采集處理處理終端的主要功能是把傳感器采集到的音波信號進行預處理與放大，轉換為數字域的多通道音波信號。通過維納濾波、自適應濾波等多種方法對信號進行預處理
，利用GPS信號進行精確時間同步，並通過通訊網絡，實時傳輸到泄漏監測定位服務器。

　　泄漏檢測定位服務器負責實時接收各個數據采集終端節點傳送來的數據，並對管道進行實時監控。其主要功能是：

    通訊：建立並維護各數據采集終端的通訊信道
；
    數據采集同步：采集並同步各數據處理終端的原始數據
； 
    實時泄漏監測：對音波數據進行實時泄漏監測，並判斷是否發生泄漏； 
    泄漏位置計算：估計音波信號到達各數據處理終端的時間差，並計算泄漏位置；
    係統狀態服務：維護係統工作狀態，並傳送給狀態監控主機；
    數據備份：保存原始數據； 
    泄漏狀態日誌：把泄漏發生的時間
、地點等關鍵信息保存到數據庫；

    運yun行xing在zai各ge監jian控kong終zhong端duan的de人ren機ji界jie麵mian負fu責ze提ti供gong操cao作zuo界jie麵mian以yi控kong製zhi係xi統tong運yun行xing的de各ge種zhong參can數shu
，並bing實shi時shi顯xian示shi管guan道dao運yun行xing狀zhuang態tai，當dang發fa生sheng管guan道dao泄xie漏lou，及ji時shi發fa出chu報bao警jing並bing啟qi動dong應ying急ji處chu理li。

　　3
、DOLPHIN音波智能管道泄漏監測係統核心技術

　　音yin波bo管guan道dao泄xie漏lou監jian測ce係xi統tong需xu要yao解jie決jue的de核he心xin難nan點dian是shi既ji需xu要yao靈ling敏min的de檢jian測ce到dao由you於yu微wei小xiao泄xie漏lou引yin起qi的de微wei弱ruo音yin波bo信xin號hao，同tong時shi也ye需xu要yao區qu分fen泄xie漏lou引yin起qi的de音yin波bo和he管guan道dao日ri常chang運yun行xing中zhong的de背bei景jing噪zao聲sheng以yi及ji操cao作zuo幹gan擾rao，避bi免mian幹gan擾rao信xin號hao引yin起qi的de誤wu報bao警jing。因yin此ci，管guan道dao泄xie漏lou監jian測ce問wen題ti可ke以yi歸gui結jie為wei模mo式shi識shi別bie問wen題ti：如何有效的建立泄漏音波信號及各種幹擾信號的模型？如何從實時識別出泄漏音波？

　　為了提高係統靈敏度，降低由於幹擾噪聲引起的誤報，DOLPHIN音波智能管道泄漏監測係統采用先進的傳感器技術及前端處理技術以獲取高質量的音波信號
、領先的信號處理技術抑製背景噪聲和操作幹擾、先進的人工智能技術和模式識別技術以準確的識別微小泄漏音波同時拒絕各種幹擾音波信號。DOLPHIN音波管道泄漏監測係統采用基於HMM（Hidden Markov Model）模型的識別器實時監測管道運行狀況。

    傳感器及前端處理模塊

　　主要作用是實時將管道中的音波信號轉換為電訊號，並傳輸到DOLPHIN係統信號采集處理終端。在微小泄漏孔徑的情況下，DOLPHIN係統信號采集處理終端采用定製的傳感器
，有效的解決了微弱信號的捕捉、放大和噪聲抑製問題。

    音波信號處理：

　　管道背景噪聲影響泄漏音波信號質量。在嚴重的情況下
，管道泄漏音波信號將完全被噪聲淹沒。DOLPHIN泄xie漏lou監jian測ce係xi統tong采cai用yong先xian進jin的de背bei景jing噪zao聲sheng功gong率lv譜pu估gu計ji算suan法fa，有you效xiao地di估gu計ji管guan道dao運yun行xing過guo程cheng中zhong的de平ping穩wen和he非fei平ping穩wen背bei景jing噪zao聲sheng
，然ran後hou利li用yong維wei納na濾lv波bo器qi抑yi製zhi背bei景jing噪zao聲sheng。

　　管道分輸等操作幹擾噪聲特點接近泄漏音波信號，DOLPHIN係統采用主傳感器獲取主信號，同時采用多個傳感器采集參考幹擾信號
，利用自適應濾波器濾除幹擾噪聲。

    基於HMM模型的實時識別器及快速自適應訓練

　　DOLPHIN音波智能管道泄漏監測係統選擇不同頻帶的低頻音波能量作為特征向量。波形特征向量經過能量壓縮
、信息壓縮之後，作為實時識別器的輸入。

　　DOLPHIN音波管道泄漏監測係統采用了基於HMM（Hidden Markov Model）模型的識別器實時處理並甄別管道的運行狀態。采用HMM模型來描述泄漏音波及各種幹擾信號模型，解決了HMM模型建立、模型訓練、實時識別以及在嵌入式係統上的識別器優化等一係列問題，從而有效地識別出泄漏音波信號及幹擾信號。

　　實際管道的運行狀況千差萬別，壓力
、溫度、流體特性以及背景噪聲都各不相同，準確快速地適應調整識別模型將進一步提高識別係統的性能。DOLPHIN音波管道泄漏監測係統采用先進的快速適應性訓練技術對原始模型進行訓練。經過現場快速適應訓練之後
，實時識別器的HMM模型能夠更好的適應管道的現場運行狀況
，從而進一步提高識別精度。

    開放式、模塊化軟硬件架構

　　與一些采用專用軟硬件管道泄漏監測係統相比，DOLPHIN音波管道泄漏監測係統采用貝加萊開放式的軟硬件係統架構。同時，軟硬件係統都采用模塊化的結構
，便於係統維護和升級，也有利於DOLPHIN音波管道泄漏監測係統性能的進一步提升。

　　4
、DOLPHIN智能音波管道泄漏監測係統

　　目前，DOLPHIN智能音波管道泄漏監測係統已在延長集團延煉-西安成品油管道、中海油中捷石化-黃驊港原油成品油管道、中海油海底原油/天然氣管道等多個項目得到成功應用。本文以延煉-西安成品油管道為例，介紹智能音波管道泄漏監測係統在長輸管道的應用。

　　延煉-西安成品油管道起點為延安市黃陵縣延煉惠家河油庫，終點為西安市臨潼區斜口鎮

，管道全長200.9km。整體走勢為北南走向
，起點高程為789m，終點高程為443m，全線最低點高程為360m，最高點高程為1590m。設計年輸油能力500萬噸
，設計最大輸量820m3/h，輸送油品主要包括：93#汽油、90#汽油、5#柴油、0#柴油等。采用順序輸送，管線首站出站設計壓力16MPa，末站進站設計壓力10MPa。

圖2 延煉－西安成品油管道音波泄漏監測係統框圖

    延煉-西安成品油管道智能音波泄漏監測係統安裝6個數據采集處理終端（延煉首站
、3#截斷閥室、5#截斷閥室、銅川清管站、7#截斷閥室
、西安輸油末站）、1套泄漏監測定位服務器（西安輸油末站的中心控製室）和1套泄漏監控終端（西安輸油末站的中心控製室）。采集終端和服務器之間通過沿管道鋪設的光纖通訊。

　　在西安輸油末站站控室安裝1台服務器，運行DOLPHIN智能音波測漏係統服務程序。同樣在站控室安裝1台監控終端
，運行遠程OPC程序和人機界麵程序。監控終端和服務器之間通過局域網通訊。

　　該項目2009年6月中旬到7月中旬進行現場施工
，完成了下列工作：

    管道開孔安裝傳感器
；
    安裝GPS；
    安裝采集終端主機，采集終端接線；
    安裝服務器；
    安裝監控終端
；

    8月初係統初步調試完成，開始工作，剩下進行實際放油試驗對參數進行優化。

圖3 DOLPHIN音波測漏係統施工簡圖

 圖3 DOLPHIN音波測漏係統服務器和監控終端

    2009年9月，北京寰宇聲望公司配合業主進行現場泄漏實驗。實驗管道選擇7#閥室到西安輸油末站管段
，長度為49.9公裏。輸送介質為汽油；工作壓力為6~8 MPa。放油點選擇8#截斷閥室，通過啟動泄放閥門，使管道內的汽油通過不同孔徑的流孔板高速流出。流孔板泄漏孔徑分別為：3 mm, 6 mm, 9 mm

，12 mm。

　　圖4 DOLPHIN音波測漏係統放油實驗流孔板及安裝現場

　　經過兩周的實驗，先後進行了27次放油試驗
，試驗結果總結如下：

    靈敏度：DOLPHIN係統檢測到所有管道泄漏
，最小泄漏孔徑為3mm，對應泄漏率0.2%；
    定位精度：DOLPHIN係統泄漏點平均定位精度小於50米
；
    誤報率：在試驗過程中，DOLPHIN係統沒有發生誤報；
    反應速度：所有管道泄漏實驗DOLPHIN係統泄漏報警時間小於60s。

　　5、結論

　　DOLPHIN音波智能管道泄漏監測係統采用貝加萊先進的軟硬件係統，具有靈敏度高、誤報率低、穩定性好、支持節點眾多等優點。DOLPHIN係統在中國的實施與推廣，對於保障管道安全運營，促進國民經濟和諧發展具有重要意義。

　　參考文獻

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　　[2] 萬洪傑

，孫淩雲，張興武
，DOLPHIN智能音波管道泄漏監測係統
，自動化博覽
，2009,4；

　　[3] Alaska. Industry Preparedness and Pipeline Program, “Technical Review of Leak Detection Technologies”, 1999;

　　[4] Fuchs H, V.Riehle R, Ten years of experience with leak detection by acoustic signal analysis, Applied Acoustic
，1999,33: 1−19;