一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统的制作方法

本实用新型涉及原油输送管线泄漏检测技术领域，尤其涉及一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统。

背景技术：

传统的基于负压波法和流量平衡法的原油输送管线泄漏检测方法，其基本原理是采集管线内流量输差信号和管线内负压波信号，对所获得的信号进行输差检漏法和负压波法的耦合分析，以便发现所输送流体的外泄情况，并定位泄漏位置。传统的方法，主要针对平稳运行的输油管线，其输油泵保持平稳运行，泵的转速和排量均基本保持恒定。

然而，在某些低渗透及超低渗透油田，由于上游站点液量小且来液不稳定，大量原油集输管线采用了间歇输油或输油泵变频调节输油的方法。在这种情况下，传统的基于负压波法和流量平衡法的原油输送管线泄漏检测方法存在以下两种误报警情况：

(1)间歇输油时，输油泵需要频繁启停。当输油泵正常停机操作时，管线内压力骤降，此时泄漏检测误判为管线泄漏；

(2)输油泵变频调节输油时，输油泵转速发生变化，泵的排量相应变化，流量输差随之变化，此时泄漏检测误判为管线泄漏。以上两种误报警严重影响了管线泄漏检测系统的运行效果。

此外，对于某些泄漏量较小的缓慢泄漏，由于压力曲线变化不明显，传统方法通过设定压力下降阈值去寻找压力拐点的方法应用效果不佳，存在漏报的情况。在地形起伏较大和管线含气量较高时，地形起伏超过200m高差、管线伴生气含量较高(原油气油比超过50m³/t)等情况某些位置的管段充满程度较低，因此负压波能量衰减程度大于满管流，传统方法此时同样难以适用。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统，目的在于提供一种强化对特殊工况的识别和屏蔽功能，避免管线泄漏检测出现误报和漏报的管线泄漏系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统，包括

管线下游站，用于实时获取并传输管线起点的压力、流量和输油泵电机频率数据信号；

管线中间站，用于实时获取并传输管线中间点的压力、流量和输油泵电机频率数据信号；

管线上游站，与管线下游站和管线中间站之间电连接，用于实时获取管线终点的压力、流量和输油泵电机频率数据信号，并接受管线下游站和管线中间站的压力、流量和输油泵电机频率数据信号并进行分析和判断运行管线状况。

所述的管线上游站包括第一压力变送器、输油泵变频器、第一流量计和第一站点PLC，所述的第一压力变送器、第一输油泵变频器和第一流量计分别与第一站点PLC电连接；所述的管线中间站包括第二压力变送器；所述的管线下游站包括第三压力变送器、第二流量计、第二站点PLC和处理系统，第三压力变送器、第二流量计分别与第二站点PLC电连接，第二站点PLC与处理系统之间电连接；所述的管线上游站与处理系统之间电连接；所述的第二压力变送器与管线下游站之间电连接。

所述的管线上游站通过第一站点PLC与处理系统之间电连接；所述的管线中间站的第二压力变送器与管线上游站的第二站点PLC电连接。

所述的管线上游站还包括第一一分二隔离卡、第二一分二隔离卡、第三一分二隔离卡和第一数据采集装置，所述的第一一分二隔离卡分别与第一压力变送器、第一站点PLC和第一数据采集装置电连接；所述的第二一分二隔离卡分别与输油泵变频器、第一站点PLC和第一数据采集装置电连接；所述的第三一分二隔离卡分别与第一流量计、第一站点PLC和第一数据采集装置电连接；第一数据采集装置与处理系统电连接；所述的管线下游站还包括第四一分二隔离卡、第五一分二隔离卡和第二数据采集装置，所述的第四一分二隔离卡分别与第三压力变送器、第二站点PLC和第二数据采集装置电连接；所述的第五一分二隔离卡分别与第二流量计、第二站点PLC和第二数据采集装置电连接；第二数据采集装置与处理系统电连接；所述的第二压力变送器与第二数据采集装置电连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过用于实时获取并传输管线起点的压力信号的管线下游站、用于实时获取管线并传输中间高点的压力信号的管线中间站和用于实时获取管线终点的压力信号，并接受管线下游站和管线中间站的压力信号进行分析和判断运行管线状况，与管线下游站和管线中间站之间电连接的管线上游站组成的一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统，利用大数据事件分类算法、压力梯度算法和模式识别算法三种算法并行运算，各取所长，实现功能互补，当两种或以上算法同时判断为管线泄漏时，确定管线泄漏；结合分布式压力监测，实现管道泄漏监测定位。分布式压力监测，规避了充满程度较低管段负压波能量损失严重带来的影响，实现精准定位，及时报警。克服了传统方法在原油输送管线的输油泵频繁启停、输油泵变频调节转速、管道腐蚀穿孔缓慢泄漏、地形起伏超过200m高差和管线伴生气含量较高等特殊工况下应用效果差的缺点，降低了误报警率和漏报警率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型泄漏检测装置数据链路示意图一；

图2是本实用新型泄漏检测装置数据链路示意图二；

图3是本实用新型三种算法并行示意图。

图中，1-第一压力变送器；2-输油泵变频器；3-第一流量计；4-第一一分二隔离卡；5-第二一分二隔离卡；6-第三一分二隔离卡；7-第一站点PLC；8-第一数据采集装置；9-处理系统；10-第二压力变送器；11-第三压力变送器；12-第二流量计；13-第四一分二隔离卡；14；第五一分二隔离卡；15-第二站点PLC；16-第二数据采集装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

如图1-2所示的一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统，包括

管线下游站，用于实时获取并传输管线起点的压力、流量和输油泵电机频率数据信号；

管线中间站，用于实时获取并传输管线中间点的压力、流量和输油泵电机频率数据信号；

管线上游站，与管线下游站和管线中间站之间电连接，用于实时获取管线终点的压力、流量和输油泵电机频率数据信号，并接受管线下游站和管线中间站的压力、流量和输油泵电机频率数据信号并进行分析和判断运行管线状况。

在实际使用时，运行管线下游站点和管线中间站，将采集的运行管线的实时状态数据传输给运行管线上游站，管线上游站和管线下游站可以采用两种不同的配套方案完成数据信息的获取和传输，数据信号通过GPS时钟进行同步。管线上游站将获取的所有管线的实时状态数据信息进行分析和判断，得出运行管线的实时运行情况。

本实用新型结合分布式压力监测，实现管道泄漏监测定位。分布式压力监测，规避了充满程度较低管段负压波能量损失严重带来的影响，实现精准定位，及时报警。克服了传统方法在原油输送管线的输油泵频繁启停、输油泵变频调节转速、管道腐蚀穿孔缓慢泄漏、地形起伏超过200m高差和管线伴生气含量较高等特殊工况下应用效果差的缺点，降低了误报警率和漏报警率。

实施例二：

如图1-2所示的一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统，与实施例一不同之处在于：所述的所述的管线上游站包括第一压力变送器1、输油泵变频器2、第一流量计3和第一站点PLC7，所述的第一压力变送器1、第一输油泵变频器2和第一流量计3分别与第一站点PLC7电连接；所述的管线中间站包括第二压力变送器10；所述的管线下游站包括第三压力变送器11、第二流量计12、第二站点PLC15和处理系统9，第三压力变送器11、第二流量计12分别与第二站点PLC15电连接，第二站点PLC15与处理系统9之间电连接；所述的管线上游站与处理系统9之间电连接；所述的第二压力变送器10与管线下游站之间电连接。

优选的是所述的管线上游站通过第一站点PLC7与处理系统9之间电连接；所述的管线中间站的第二压力变送器10与管线上游站的第二站点PLC15电连接。

本实施例的设计方案，在管线的上、中、下游站分别设置不同的硬件设施，分别获取管线不同位置的管线内压力、管线内流量和输油泵频率，但各个站不设置数据采集硬件，在下游站点安装处理系统9，处理系统9包括数据接收模块、数据分析模块和数据发送模块，数据接收模块和数据分析模块之间电连接，数据分析模块和数据发送模块之间电连接；数据接收模块用于接受获取管线的上、中、下游站所发送的管线内压力、管线内流量和输油泵频率数据信息，通过数据分析模块的运算分析得出运行管线的状况，数据分析模块得出的结果通过数据发送模块发出报警信息。处理系统9中的数据接收模块直接通过TCP/IP协议从管线上游站和管线下游站的站点PLC读取相应数据，处理系统9中的数据分析模块再进行运算、判断。信号通过服务器进行同步。本实施例中的处理系统9采用的是现有技术的计算机。

本实用新型的技术方案，克服了传统方法在原油输送管线的输油泵频繁启停、输油泵变频调节转速、管道腐蚀穿孔缓慢泄漏、地形起伏超过200m高差和管线伴生气含量较高等特殊工况下应用效果差的缺点，降低了误报警率和漏报警率。

实施例三：

如图1-2所示的一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统，与实施例二不同之处在于：所述的管线上游站还包括第一一分二隔离卡4、第二一分二隔离卡5、第三一分二隔离卡6和第一数据采集装置8，所述的第一一分二隔离卡4分别与第一压力变送器1、第一站点PLC7和第一数据采集装置8电连接；所述的第二一分二隔离卡5分别与输油泵变频器2、第一站点PLC7和第一数据采集装置8电连接；所述的第三一分二隔离卡6分别与第一流量计3、第一站点PLC7和第一数据采集装置8电连接；第一数据采集装置8与处理系统9电连接；所述的管线下游站还包括第四一分二隔离卡13、第五一分二隔离卡14和第二数据采集装置16，所述的第四一分二隔离卡13分别与第三压力变送器11、第二站点PLC15和第二数据采集装置16电连接；所述的第五一分二隔离卡14分别与第二流量计12、第二站点PLC15和第二数据采集装置16电连接；第二数据采集装置16与处理系统9电连接；所述的第二压力变送器10与第二数据采集装置16电连接。

本实施例在管线上游站和管线下游站分别布置泄漏检测数据采集硬件，通过一分二隔离卡采集变送器信号。在管线下游站安装处理系统9，处理系统9中的数据接收模块从管线上游站、管线中间站和管线下游站的硬件读取相应数据，处理系统9中的数据分析模块进行分析、比对和判断。管线中间站是通过LORA将数据无线传输给处理系统9中的数据接收模块。本系统中的信号通过GPS时钟进行同步，对数据采集硬件的基本参数要求是：

1)多上位机访问(SCADA访问与泄漏监测系统上位机访问)；

2)较好的环境适应性；

3)支持标准的MODBUS_TCP传输协议；

4)可实现4-20mA电流AI信号、数字量输入DI信号、RS485信号采集；

5)采集频率不小于10Hz。

本实用新型的技术方案，克服了传统方法在原油输送管线的输油泵频繁启停、输油泵变频调节转速、管道腐蚀穿孔缓慢泄漏、地形起伏超过200m高差和管线伴生气含量较高等特殊工况下应用效果差的缺点，降低了误报警率和漏报警率。

实施例四：

如图1-3所示的一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统的检测是通过如下步骤实现的：

步骤一：获取运行管线的运行数据

通过管线下游站、管线中间站和管线上游站获取相应位置管路的压力、流量和输油泵电机频率数据；

步骤二；传输运行管线的压力数据

将步骤一种管线下游站、管线中间站和管线上游站获取的运行管线相应位置的压力数据分别传输给处理系统9；

步骤三：数据的获取分析判断

处理系统9的接收模块将获取的运行管线的压力数据，通过电连接的数据分析模块进行分析，根据运算、比对和分析结果得出运行管线的运行状况；

步骤四：报警检修故障管路

根据步骤三得出故障结论结论时，系统发出报警信息，对故障管路部位进行抢修。

本方案是将采集到的运行管线中的下游站点、管线中间站和管线上游站处的压力、流量数据和输油泵电机频率数据进行综合分析，根据数据变化情况判定为不同类型的事件，实现运行管线的泄漏检测。

运行管线事件划分为六类即启泵事件、停泵事件、调节频率事件、泄漏事件、泵故障事件和管线堵事件，

当输油泵频率由0上涨至一定值时，确定为启泵事件发生；

当输油泵频率由一定值落到0时，确定为停泵事件发生；

当输油泵频率由某一定值变化为另一个定值时，确定为调节频率事件发生；

当上游站点管线内压力下降、流量上升，下游站点管线内压力下降、流量下降时，确定为泄漏事件发生；

当上游站点管线内压力下降、流量下降时，确定为泵故障事件发生；

当上游站点管线内压力上升，下游站点管线内压力下降、流量下降时，确定为管线堵事件发生。

将运行管线的事件具体细分为六类，方便的将事故进行区分和后续的处理。

实施例五：

本实施例选定了一条要测试的管线，该管线是某站A至某接转注水站B的集油管线，管线规格为L245N-Φ89×4.0，长度10.0km，外输压力3.0MPa。

在站点A处布置1套数据采集硬件，采集管线首端压力、流量、A站外输泵的运行状态和频率；

在站点B处布置1套数据采集硬件，采集管线末端压力、流量；

结合管线高程图，在管线的2个高点额外设置2台无线压力变送器；

在站点B安装定位处理系统，读取数据采集硬件的数据，2台高点压力变送器提供压力信号补偿。

在管线指定位置安装放油针阀。

执行本实用新型的管线泄漏检测方法，同时打开放油针阀进行管线漏油模拟：

判断过程是：

1)当较大规模的模拟泄漏发生时，管线内产生负压波，上下游有明显输差。此时处理系统通过输差分析出管线泄漏，系统发出报警。

2)当泄漏量少的缓慢泄漏发生时，处理系统通过输差比对分析出管线泄漏到管线泄漏，系统发出报警。

3)当执行停泵或变频等操作时，处理系统根据输油泵频率的变化，检测到泵况的变化，此时管线泄漏检测装置只提示泵况，不报警。

综上所述，本实用新型通过用于实时获取并传输管线起点的压力信号的管线下游站、用于实时获取管线并传输中间线路的压力信号的管线中间站和用于实时获取管线终点的压力信号，并接受管线下游站和管线中间站的压力信号进行分析和判断运行管线状况，与管线下游站和管线中间站之间电连接的管线上游站组成的一种特殊工况下的原油输送管线泄漏检测系统，结合分布式压力监测，实现管道泄漏监测定位。分布式压力监测，规避了充满程度较低管段负压波能量损失严重带来的影响，实现精准定位，及时报警。克服了传统方法在原油输送管线的输油泵频繁启停、输油泵变频调节转速、管道腐蚀穿孔缓慢泄漏、地形起伏超过200m高差和管线伴生气含量较高等特殊工况下应用效果差的缺点，降低了误报警率和漏报警率。

需要说明，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。