城市燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展
發(fā)布時(shí)間：2018-5-21 17:11:46
摘 要 城市燃?xì)饩W(wǎng)管安全運(yùn)行的主要問題就是泄漏問題。本文通過對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)特點(diǎn)的分析，總結(jié)了現(xiàn)有的城市燃?xì)庑孤z測(cè)系統(tǒng)，主要分析對(duì)比了SCADA系統(tǒng)在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測(cè)中的各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，在系統(tǒng)和技術(shù)層面給出了意見。
關(guān)鍵詞：泄漏檢測(cè)技術(shù) SCADA系統(tǒng) 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)
0引言 隨著我國(guó)燃?xì)馐聵I(yè)的高速發(fā)展，燃?xì)獍踩夹g(shù)越來越受到重視，傳統(tǒng)的安全檢測(cè)已經(jīng)不能滿足人們對(duì)燃?xì)獍踩a(chǎn)運(yùn)行的要求。以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的信息時(shí)代，燃?xì)夤芫W(wǎng)也進(jìn)入了數(shù)字化的進(jìn)程中，城市燃?xì)獍踩\(yùn)行管理有了更為先進(jìn)準(zhǔn)確的手段。本文主要對(duì)基于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的特點(diǎn)，目前城市燃?xì)夤收希ㄐ孤z測(cè)系統(tǒng)中的存在的問題進(jìn)行分析，討論目前存在的問題。希望能夠在一定程度上對(duì)檢漏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改造過程中有一定的幫助。
1 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的特點(diǎn) 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)是直接面對(duì)燃?xì)庥脩舻?，有著不同于長(zhǎng)輸管線的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)又會(huì)增加檢漏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度
（1）布線方式： 城市燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)一般從環(huán)形管網(wǎng)出發(fā)，因此管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)多。同時(shí)城市的人工障礙物多，影響管道的走向。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)還可能存在不同程度的冗余，增加了自動(dòng)化檢測(cè)的難度和成本。
（2）道路路面 地下燃?xì)夤艿酪话阊爻鞘械缆?，人行道或綠化地帶內(nèi)敷設(shè)。路面的材料的透氣程度存在很大差別，泄漏燃?xì)饪赡軣o法溢出路面而向其它地方匯集產(chǎn)生爆炸隱患。如瀝青路面，水泥混凝土路面，土壤等。另外不同等級(jí)的道路其動(dòng)載荷也不同，對(duì)管道的影響也不同。 （3）管道的地下環(huán)境
城市地下管道比較復(fù)雜，除燃?xì)夤艿劳?，還有給排水道路，各種地溝以及城市供暖系統(tǒng)
（4）管道及燃?xì)鈪?shù) 城市燃?xì)獾男枨笫窃?、日、時(shí)而變化，各種調(diào)壓器，調(diào)壓站在隨著用氣需求而進(jìn)行動(dòng)作以及燃?xì)庹{(diào)度造成整個(gè)管網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)的變化。城市中存在不同種類、不同壓力的燃?xì)?，存在著不同材料的燃?xì)夤艿馈?
2 現(xiàn)有的城市燃?xì)庑孤z測(cè)系統(tǒng)
（1）傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng) 《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》和《城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)搶修和維護(hù)技術(shù)規(guī)程》為主的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了城市燃?xì)獍踩w系的核心。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各種燃?xì)庠O(shè)施的安全設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù)所要達(dá)到的要求，這些標(biāo)準(zhǔn)特別是強(qiáng)制性條文使得城市用氣安全有了保障。在規(guī)范和規(guī)程中的檢漏體系，主要是規(guī)定了人工巡檢的機(jī)制，對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的管道及其附件，設(shè)備的安全檢查。 人工巡檢實(shí)質(zhì)上就是間斷性的檢測(cè)，隨著檢測(cè)特點(diǎn)的不同可分為固定式和便攜式。固定式是指將檢測(cè)設(shè)備固定在某點(diǎn)如用戶廚房，檢測(cè)井，閥門井中，對(duì)某一空間進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生泄漏并達(dá)到一定濃度時(shí)，便發(fā)出報(bào)警信號(hào)。便攜式是指巡檢人員攜帶檢測(cè)設(shè)備可對(duì)燃?xì)夤艿赖母鱾€(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，就有高度的靈活性和靈敏度?，F(xiàn)有的便攜式檢測(cè)設(shè)備很多，靈敏度都很高，基于的原理也都不一樣。
（2）發(fā)展中的新系統(tǒng) 目前，在我國(guó)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行管理正穩(wěn)步進(jìn)入計(jì)算機(jī)監(jiān)控運(yùn)行。統(tǒng)計(jì)各大城市城市城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)行管理系統(tǒng)，SCADA管道監(jiān)測(cè)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了廣泛的使用。到目前，北京，上海，重慶，天津，合肥等大中城市的燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行管理都在使用，并在燃?xì)庹{(diào)度和泄漏檢測(cè)方面取得良好的效果。 SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與遠(yuǎn)程調(diào)度相結(jié)合的自動(dòng)化系統(tǒng)。主要有調(diào)度控制中心，場(chǎng)站，現(xiàn)場(chǎng)儀表，通訊系統(tǒng)四部分組成。實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)的實(shí)時(shí)中央監(jiān)控和管理操作。[6]基于SCADA系統(tǒng)的檢漏技術(shù)就是利用其提供的大量實(shí)時(shí)的管道燃?xì)鈪?shù)（溫度，壓力，流量，流速等）和通訊系統(tǒng)，采用不同原理的檢測(cè)方法來對(duì)管道進(jìn)行泄漏檢測(cè)。為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，一般采用多種方法同時(shí)對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，通用的檢測(cè)原理有：壓力流量分析法、質(zhì)量體積平衡法?，F(xiàn)有的SCADA檢漏系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，會(huì)采用不同的方法，如美國(guó)加利福尼亞Bakers油田到拉斯維加斯地區(qū)的Pacific原油管道系統(tǒng)，采用壓力波分析，壓力流量分析和質(zhì)量體積平衡。美國(guó)謝夫隆管道公司（CPL）將壓力點(diǎn)法（PPA）作為SCADA系統(tǒng)的一部分。以統(tǒng)計(jì)檢漏法為核心的ATMOSPIPE泄漏檢測(cè)系統(tǒng)也可以與SCADA系統(tǒng)對(duì)接。[1-4]
壓力流量分析法：在管道的出口或入口設(shè)置壓力和流量測(cè)量設(shè)備，如所測(cè)壓力或流量的變化幅度大于預(yù)設(shè)值，則發(fā)出泄漏警報(bào)。
[1] 質(zhì)量體積平衡法：質(zhì)量或體積平衡法的基礎(chǔ)也是對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量，不同點(diǎn)是將流量的變化歸納為質(zhì)量或體積平衡圖，可根據(jù)壓力/溫度的波動(dòng)和變化對(duì)流量進(jìn)行校正。在質(zhì)量或體積平衡圖上，泄漏引起的流量突變可以得到較清楚地顯示，能比第一種形式檢測(cè)到更小的泄漏量[1] 壓力點(diǎn)檢漏法（PPA）：PPA法是利用壓力波原理發(fā)展的一種新型檢漏方法。該方法依靠分析由單一測(cè)點(diǎn)取得數(shù)據(jù)，在場(chǎng)站或干線上某位置上安裝一個(gè)壓力傳感器，泄漏時(shí)漏電產(chǎn)生的負(fù)壓波向檢測(cè)點(diǎn)傳播，引起該點(diǎn)壓力（或流量）變化，分析比較檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)與正常工況的數(shù)據(jù)，可檢測(cè)出泄漏。
[2] 壓力波檢漏法：當(dāng)管道發(fā)生泄漏事故時(shí)，由于壓差產(chǎn)生的低壓波沿管道上下傳播，通過檢測(cè)壓力波，對(duì)漏點(diǎn)定位。 統(tǒng)計(jì)檢漏法：該方法根據(jù)管道的入，出口測(cè)取的流體流量和壓力，連續(xù)計(jì)算泄漏的統(tǒng)計(jì)概率。對(duì)與最佳檢測(cè)時(shí)間，使用序列概率比實(shí)驗(yàn)方法。當(dāng)泄漏確定之后，可通過測(cè)量流體流量和壓力及統(tǒng)計(jì)平均值估算泄漏量，用最小二乘法進(jìn)行泄漏定位。該方法最主要的突破在于無需復(fù)雜的管道模型就可到達(dá)較高的檢測(cè)性能。
[3] 殼牌公司的管道檢漏統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)適用于氣體和液體管道,也適用于多級(jí)入口和多級(jí)出口管道,在正常的管道運(yùn)行期間,可檢測(cè)出很小的泄漏量。由于該系統(tǒng)無需復(fù)雜的管道模型,只需很少的工作就可使該系統(tǒng)滿足各種運(yùn)行要求。該系統(tǒng)可根據(jù)入口和出口所測(cè)的壓力及流量進(jìn)行設(shè)計(jì),計(jì)算技能低于傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng),系統(tǒng)的維護(hù)簡(jiǎn)單易行。[4]
（3）自發(fā)報(bào)警系統(tǒng) 由于城市人口密集，通訊方便。燃?xì)夤芫W(wǎng)發(fā)生泄漏，一旦被人群發(fā)覺，會(huì)迅速自發(fā)報(bào)警，相應(yīng)部門得到信息及時(shí)處理。
3 現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)
(1) 傳統(tǒng)的檢漏系統(tǒng)的缺陷 傳統(tǒng)的檢漏系統(tǒng)在時(shí)間和空間上存在著許多漏洞如夜間或人員稀少的燃?xì)庑孤┩话l(fā)事件，一旦在這些時(shí)間和地方出現(xiàn)事故，不易發(fā)現(xiàn)，造成損失和危害。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)較長(zhǎng)，巡檢的周期也很長(zhǎng)。傳統(tǒng)的檢漏系統(tǒng)重在檢測(cè)，而不是監(jiān)測(cè)，因此才有了計(jì)算機(jī)控制的管網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)。
(2) 現(xiàn)有的各種檢測(cè)方法的缺陷。 流量/壓力變化、質(zhì)量/體積平衡和壓力點(diǎn)分析法易于維護(hù)，費(fèi)用低，但不能確定泄漏位置，也不能適應(yīng)發(fā)生變化的運(yùn)行條件
[1]壓力波法但對(duì)于緩慢增加的泄漏反應(yīng)弱,甚至無效
[4]統(tǒng)計(jì)檢漏法僅檢測(cè)管線入、出口的壓力和流量值所需參數(shù)少,這是其優(yōu)點(diǎn)之一,但也不可避免的帶來問題。因?yàn)槎帱c(diǎn)同時(shí)泄漏與單點(diǎn)泄漏對(duì)出入口壓力流量的影響是一樣的,很難區(qū)分。但如果不加以區(qū)分,如果發(fā)生多點(diǎn)同時(shí)泄漏時(shí),所采用的單點(diǎn)定位方法就沒有意義。
[3] 從SCADA系統(tǒng)發(fā)展來看，它較多的運(yùn)用在長(zhǎng)輸管線，但由于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)不同于長(zhǎng)輸管線的特點(diǎn)使得對(duì)以往較適用的檢測(cè)方法在適用性上還有很多問題。實(shí)際上由于SCADA系統(tǒng)本身可以提供大量的燃?xì)鈹?shù)據(jù)信息，所以一般都采用基于管道燃?xì)鈹?shù)據(jù)的算法模型。但是城市管網(wǎng)的特點(diǎn)對(duì)各種檢測(cè)方法的數(shù)學(xué)模型的建立產(chǎn)生了很大程度上影響。如城市燃?xì)鈪?shù)變化（工況變化）、各級(jí)管道管材不同、管道冗余等。而數(shù)學(xué)模型建立的好壞將直接影響檢漏系統(tǒng)的實(shí)際使用效果，數(shù)據(jù)誤差可能會(huì)導(dǎo)致較高的誤報(bào)率。同時(shí)各種算法模型對(duì)于微小泄漏的檢測(cè)著比較困難，特別是對(duì)所以連續(xù)性檢測(cè)還不能做到對(duì)泄漏檢測(cè)全方位監(jiān)測(cè)。
（3）發(fā)展趨勢(shì) 連續(xù)性檢測(cè)技術(shù)使得檢測(cè)變成了監(jiān)測(cè)，在時(shí)間和空間保證了連續(xù)性，使得燃?xì)夤芫W(wǎng)處于實(shí)時(shí)的監(jiān)控之中。但連續(xù)性檢測(cè)系統(tǒng)本身存在著一定的缺陷，它的靈敏度和定位精度相對(duì)較低，微小泄漏難以察覺，誤報(bào)率也現(xiàn)對(duì)較高。間斷性泄漏檢測(cè)法敏感性和定位精度有著無可比擬的優(yōu)越性，誤報(bào)率也非常低。如人或狗巡線（嗅覺）、取樣分析法、光學(xué)檢測(cè)法，遙感激光法等，通過對(duì)管線進(jìn)行沿線逐步測(cè)量發(fā)現(xiàn)管道是否存在泄漏和其他故障。面對(duì)處于復(fù)雜城市環(huán)境，因而對(duì)其安全性有更高要求的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，連續(xù)性檢測(cè)和間斷性檢測(cè)，計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和人工巡查，只有運(yùn)用多種手段才能使得人們對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)安全運(yùn)行得到可靠保證。同時(shí)利用各種分析手段對(duì)管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)不同等級(jí)的管道運(yùn)用不同的技術(shù)手段以保障其經(jīng)濟(jì)適用性。 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的管道泄漏檢測(cè)方法不同于已有的基于管道準(zhǔn)確流動(dòng)模型描述的泄漏檢測(cè)方法,能夠運(yùn)用自適應(yīng)能力學(xué)習(xí)管道的各種工況,對(duì)管道運(yùn)行狀況進(jìn)行分類識(shí)別,是一種基于經(jīng)驗(yàn)的類似于人類的認(rèn)知過程的方法,該方法還可以應(yīng)用到管道堵塞、變形等多種故障。對(duì)于運(yùn)行工況比較復(fù)雜的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)可以利用這些特點(diǎn)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)，目前已有單位申請(qǐng)了該種檢測(cè)方法的發(fā)明專利，具有廣泛的應(yīng)用前景
4 結(jié)束語
隨著檢測(cè)技術(shù)的不斷提高如衛(wèi)星監(jiān)視系統(tǒng)，城市燃?xì)夤艿赖臄?shù)字化程度越來越高，計(jì)算機(jī)管理體系越來越智能化，城市燃?xì)獍踩?、?jīng)濟(jì)的運(yùn)行將會(huì)有更加多的保障。
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