本发明涉及高压气体输送技术领域，具体涉及一种高压气体输送管道泄漏监测系统和方法。
背景技术
在石油开采过程中，为提高产量，会对地下油层采取技术手段进行驱油作业，其中利用高压输送管道对油层连续输注co2是逐步趋于成熟的一种技术。
一般情况下，co2被高压(10-20mpa)泵打入输送管道输送至注入点，这段距离输送管道会连续处于高压的运行状态(例如19mpa运行)，管道内的co2一般情况下处于液态，这样的高压运行管道一旦发生泄漏事故不能及时发现，会严重影响原油的采出率，尤其重点要的是，在泄漏点周围是很危险的，一是高压液态co2在瞬间失压、升温情况下，会产生强大的气柱，这种气柱的冲击一旦碰到生物体，会瞬间将其击穿，严重威胁生命；二是泄漏出来的co2会迅速在泄漏点周边扩散，核心区域的co2浓度会导致人或动物窒息。
鉴于上述情况，对高压co2输送管道进行实时的动态监测，及时对发生在输送管道上的泄漏事件进行报警、定位就显得极其重要了。
传统的输送管道泄漏方法是压力波法和输量平衡法(音波法、次声波法等)，其构成是一次信号采集仪表，二次采集数传系统和软件分析系统组成。通过软件对输送液体的压力动态及流量动态实时对比分析完成输送管道在泄漏事件时的报警、定位。
但co2的物理特性及高压输送工艺(一般10-20mpa输送甚至更高)与常规的液体输送管道(一般0-6mpa输送)有很大的区别，co2的密度受压力和温度的影响很大，就会导致整个管道内的co2在不同的位置、不同的压力、不同的温度下处于不同的密度状态，甚至出现气液混合状态，这就导致管道内介质泄漏引发的管内动态失衡产生的波型在向泄漏点两端传递时的速度不恒定，造成定位误差极大；其次一般的高压信号传感器，由于考虑到耐压性，从而降低了灵敏度，导致小泄漏反映迟钝；上述情况对于传统的泄漏监测方法，无论是从信号的采集精度和软件的算法上(信号传递速度不稳)都很难有效的实现监控了；再有就是co2的输送都是从泵站直接到注入点，不是传统管道输送的发、收方式，而是直接注入地下油层，所以在注入点一般是不配备计量设备，只是在泵站的出口处安装一台计量设备完成一天的注入量统计，且注入点工艺流程也不具备安装计量设备的条件，所以传统的输送管道首、末点输量平衡法也无法使用了。
技术实现要素：
本发明实施例的目的在于提供一种高压气体输送管道泄漏监测系统和方法，用以解决高压气体输送管道的泄漏报警定位的问题。
为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了一种高压气体输送管道泄漏监测系统，包括：设置在高压气体输送管道第一区段的第一数据采集处理装置、第一流量传感器、第一振动信号传感器、第一压力传感器、第一温度传感器，和设置在高压气体输送管道第二区段的第二数据采集处理装置、第二振动信号传感器、第二压力传感器、第二温度传感器；第一区段位于第二区段的上游；第一流量传感器、第一振动信号传感器、第一压力传感器、第一温度传感器分别与第一数据采集处理装置连接，第一数据采集处理装置用于对第一流量传感器、第一振动信号传感器、第一压力传感器、第一温度传感器采集的数据进行处理，得到第一待分析数据，并将第一待分析数据输出；第二振动信号传感器、第二压力传感器、第二温度传感器分别与第二数据采集处理装置连接，第二数据采集处理装置用于对第二振动信号传感器、第二压力传感器、第二温度传感器采集的数据进行处理，得到第二待分析数据，并将第二待分析数据输出。
在一种可能的实现方式中，当第一区段位于高压气体输送管道的前端时，高压气体输送管道的前端连接泵站，泵站上设置有开关量传感器，开关量传感器用于采集泵站的泵阀的动作信号；开关量传感器与第一数据采集处理装置连接，第一数据采集处理装置用于处理泵阀的动作信号；第一待分析数据包括第一数据采集处理装置处理后的泵阀的动作信号；和/或；第二区段设置有第二流量传感器，第二流量传感器与第二数据采集处理装置连接，第二数据采集处理装置用于对第二流量传感器采集的数据进行处理，得到第二待分析数据，第二待分析数据包括第二数据采集处理装置处理后的第二流量传感器采集的数据。
在一种可能的实现方式中，高压气体输送管道泄漏监测系统还包括服务器，所述服务器和第一数据采集处理装置、第二数据采集处理装置网络连接，以接收第一待分析数据和第二待分析数据；所述服务器用于分析第一待分析数据和第二待分析数据，以判断所述高压气体输送管道是否泄漏。
在一种可能的实现方式中，第一数据采集处理装置包括第一通信接口，第一通信接口为有线通信接口或无线通信接口；第二数据采集处理装置包括第二通信接口，第二通信接口为有线通信接口或无线通信接口；服务器通过网络服务设备和第一通信接口、第二通信接口进行信息交互。
在一种可能的实现方式中，所述服务器和客户端网络连接，客户端用于显示所述服务器的分析结果。
在一种可能的实现方式中，所述服务器和客户端还用于对历史数据进行调阅、分析、操作；所述历史数据为所述服务器存储的历史第一待分析数据、历史第二待分析数据、历史分析结果。
在一种可能的实现方式中，开关量传感器、第一流量传感器、第一振动信号传感器、第一压力传感器、第一温度传感器分别通过屏蔽信号电缆与第一数据采集处理装置连接；第二流量传感器、第二振动信号传感器、第二压力传感器、第二温度传感器分别通过屏蔽信号电缆与第二数据采集处理装置连接。
在一种可能的实现方式中，所述气体为在高压下输送的气体，一般处于所述气体的状态为以下任一种：
气态、液态或、三相态；所述气体为以下任一种或多种：
二氧化碳、氮气、惰性气体。
本发明实施例第二方面提供了一种高压气体输送管道泄漏监测方法，应用于第一方面所述的高压气体输送管道泄漏监测系统；高压气体输送管道泄漏监测方法包括：采集高压气体输送管道第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号；采集高压气体输送管道第二区段的振动信号、压力信号、温度信号；第一区段位于第二区段的上游；将第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号发送至第一数据采集处理装置，由第一数据采集处理装置处理第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号，得到第一待分析数据；将第二区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号发送至第二数据采集处理装置，由第二数据采集处理装置处理第二区段的振动信号、压力信号、温度信号，得到第二待分析数据；第一数据采集处理装置输出第一待分析数据；第二数据采集装置输出第二待分析数据。
在一种可能的实现方式中，当第一区段位于高压气体输送管道的前端，高压气体输送管道的前端连接泵站时，所述高压气体输送管道泄漏监测方法还包括：采集泵站的泵阀的动作信号；将第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号发送至第一数据采集处理装置，由第一数据采集处理装置处理第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号，得到第一待分析数据的步骤包括：将泵阀的动作信号发送至第一数据采集处理装置，由第一数据采集处理装置处理泵阀的动作信号；所述第一待分析数据包括第一数据采集处理装置处理后的泵阀的动作信号。
在一种可能的实现方式中，所述高压气体输送管道泄漏监测方法还包括：将第一待分析数据和第二待分析数据发送至服务器；服务器将第一待分析数据和第二待分析数据中的数据分类存储，并进行逻辑运算；其中，利用波速系数算法包根据第一区段的温度信号、第二区段的温度信号、第一区段的压力信号和第二区段的压力信号分析波速的修正系数；利用定位算法根据波速的修正系数修正定位算法里的波速预设值；利用误报屏蔽算法根据泵阀的动作信号屏蔽泵阀动作引起的管道波动报警信息，以减少非泄漏报警频率；利用综合逻辑分析判断算法根据第一区段的流量信号、第一区段的振动信号、第一区段的压力信号、第二区段的振动信号、第二区段的压力信号实时监控管道是否发生泄漏。
本发明实施例具有如下优点：通过安装高精高灵敏压力变送器捕捉压力信号，增加高压微弱信号传感器捕捉相对动态变化，增加温度传感器捕捉管道进、出口温度，安装泵阀动作传感器采集泵阀动作信号，通过综合数据采集处理模块将上述全部数据打包发送至主监控计算机，形成新型架构及拓扑关系；在主监控计算机上安装综合性能、分析能力更强大的软件系统，通过收集的管道进出压力、出口流量、振动波、环境温度、泵阀动作信号等综合信息数据，对管道异常的运行状态给出高、中、底三种不同级别的报警信息，实现报警定位功能，完成高压管道三相态介质的泄漏监测。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的高压气体输送管道泄漏监测系统的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例提供的高压气体输送管道泄漏监测系统用于监测高压气体输送管道是否发生了泄漏，例如，可用于监测石油开采过程中的地下油层驱油作业的输送管道，该输送管道为高压二氧化碳输送管道，其中输送的气体为高压二氧化碳；再例如，还可以用于监测高压氮气输送管道；再例如，还可以用于监测高压惰性气体输送管道。高压气体输送管道中的气体的状态可以为气态，也可以为液体，也可以三相态。
需要说明的是，上述内容仅为示例说明，不构成对本发明方案的限定。
实施例1
在本实施例中结合图1对高压气体输送管道泄漏监测系统进行说明。如图1所示，包括：设置在高压气体输送管道第一区段的第一数据采集处理装置61、第一流量传感器21、第一振动信号传感器31、第一压力传感器41、第一温度传感器51，和设置在高压气体输送管道第二区段的第二数据采集处理装置62、第二振动信号传感器32、第二压力传感器42、第二温度传感器52；第一区段位于第二区段的上游。
第一流量传感器21与第一数据采集处理装置61通过屏蔽信号电缆连接。第一流量传感器21为高精度流量信号传感器，采集的流量信号可以通过cmbus总线或脉冲等方式通过屏蔽信号电缆发送给第一数据采集处理装置61。
第一振动信号传感器31与第一数据采集处理装置61通过屏蔽信号电缆连接。第一振动信号传感器31将管道里的相对动态变化的波形信号转换为模拟信号输出，通过屏蔽信号电缆将模拟信号发送给第一数据采集处理装置61。
第一压力传感器41与第一数据采集处理装置61通过屏蔽信号电缆连接。第一压力传感器41可以为高频、高精度型(0.02级及以上)，用于采集高压管道的压力变化状态，将压力信号以4-20ma或0-5v的方式通过屏蔽信号电缆发送给第一数据采集处理装置61。
第一温度传感器51与第一数据采集处理装置61连接。第一温度传感器51为高精度温度传感器，温度采集误差不超过0.6度，用于采集第一区段的温度信号，并将温度信号以4-20ma或0-5v的方式通过屏蔽信号电缆发送给第一数据采集处理装置61。
第一数据采集处理装置61对第一流量传感器21、第一振动信号传感器31、第一压力传感器41、第一温度传感器51采集的数据进行处理，得到第一待分析数据，并将第一待分析数据输出。
第二振动信号传感器32与第二数据采集处理装置62通过屏蔽信号电缆连接。第二振动信号传感器32将管道里的相对动态变化的波形信号转换为模拟信号输出，通过屏蔽信号电缆将模拟信号发送给第二数据采集处理装置62。
第二压力传感器42与第二数据采集处理装置62通过屏蔽信号电缆连接。第二压力传感器42可以为高频、高精度型(0.02级及以上)，用于采集高压管道的压力变化状态，将压力信号以4-20ma或0-5v的方式通过屏蔽信号电缆发送给第二数据采集处理装置62。
第二温度传感器52与第二数据采集处理装置62连接。第二温度传感器52为高精度温度传感器，温度采集误差不超过0.6度，用于采集第二区段的温度信号，并将温度信号以4-20ma或0-5v的方式通过屏蔽信号电缆发送给第二数据采集处理装置62。
第二数据采集处理装置62用于对第二振动信号传感器32、第二压力传感器42、第二温度传感器52采集的数据进行处理，得到第二待分析数据，并将第二待分析数据输出。
在一个示例中，当第一区段位于高压气体输送管道的前端时。前端为高压气体进入输入管道的一端。高压气体输送管道的前端连接泵站，泵站上设置有开关量传感器1，开关量传感器1用于采集泵站的泵阀的动作信号；开关量传感器1通过屏蔽信号电缆与第一数据采集处理装置61连接。第一数据采集处理装置61用于处理泵阀的动作信号；第一待分析数据包括第一数据采集处理装置61处理后的泵阀的动作信号。
在一个示例中，第二区段设置有第二流量传感器22，第二流量传感器22与第二数据采集处理装置通过屏蔽信号电缆连接。第二流量传感器22为高精度流量信号传感器，采集的流量信号可以通过cmbus总线或脉冲的方式通过屏蔽信号电缆发送给第二数据采集处理装置62。
第二数据采集处理装置62用于对第二流量传感器22采集的数据进行处理，得到第二待分析数据，第二待分析数据包括第二数据采集处理装置62处理后的第二流量传感器22采集的数据。
第一数据采集处理装置61和第二数据采集处理装置62对数据的处理具体为将信号降噪，并打包发送给服务器7。
服务器7和第一数据采集处理装置61、第二数据采集处理装置62网络连接，以接收第一待分析数据和第二待分析数据。
第一数据采集处理装置61可以包括第一通信接口，第一通信接口为有线通信接口或无线通信接口；第二数据采集处理装置62可以包括第二通信接口，第二通信接口为有线通信接口或无线通信接口；服务器7通过网络服务设备8和第一通信接口、第二通信接口进行信息交互。
服务器7和第一数据采集处理装置61、第二数据采集处理装置62具体可以通过光纤进行通信，也可以通过4g网络进行通信，也可以光纤和4g配套使用，自动切换。服务器7和第一数据采集处理装置61、第二数据采集处理装置62还可以通过电台、zigbee、lora等进行通信。
所述服务器7分析第一待分析数据和第二待分析数据，以判断所述高压气体输送管道是否泄漏，并发出相应的泄漏报警，对泄漏点定位。
在一个示例中，所述服务器7和客户端网络连接，客户端用于显示所述服务器7的分析结果。
在一个示例中，所述服务器和客户端还用于对历史数据进行调阅、分析、操作；所述历史数据为所述服务器存储的历史第一待分析数据、历史第二待分析数据、历史分析结果。
本实施例可以适用长度不超过30km的高压气体输送管道，管道内的介质压力可以为7mpa及以上。
本实施例在标准工况下，定位误差不超过50米，报警响应时间不超过60秒，监控到最小泄漏量为3毫米孔径的瞬间泄漏。
本发明实施例具有如下优点：通过安装高精高灵敏压力变送器捕捉压力信号，增加高压微弱信号传感器捕捉相对动态变化，增加温度传感器捕捉管道进、出口温度，安装泵阀动作传感器采集泵阀动作信号，通过综合数据采集处理模块将上述全部数据打包发送至主监控计算机，形成新型架构及拓扑关系；在主监控计算机上安装综合性能、分析能力更强大的软件系统，通过收集的管道进出压力、出口流量、振动波、环境温度、泵阀动作信号等综合信息数据，对管道异常的运行状态给出高、中、底三种不同级别的报警信息，实现报警定位功能，完成高压管道三相态介质的泄漏监测。
实施例2
本发明实施例提供了高压气体输送管道泄漏监测方法，应用于第一方面所述的高压气体输送管道泄漏监测系统；高压气体输送管道泄漏监测方法包括：采集高压气体输送管道第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号；采集高压气体输送管道第二区段的振动信号、压力信号、温度信号；第一区段位于第二区段的上游；将第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号发送至第一数据采集处理装置61，由第一数据采集处理装置61处理第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号，得到第一待分析数据；将第二区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号发送至第二数据采集处理装置62，由第二数据采集处理装置62处理第二区段的振动信号、压力信号、温度信号，得到第二待分析数据；第一数据采集处理装置61输出第一待分析数据；第二数据采集装置62输出第二待分析数据。
在一个示例中，当第一区段位于高压气体输送管道的前端，高压气体输送管道的前端连接泵站时，所述高压气体输送管道泄漏监测方法还包括：采集泵站的泵阀的动作信号；将第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号发送至第一数据采集处理装置61，由第一数据采集处理装置61处理第一区段的流量信号、振动信号、压力信号、温度信号，得到第一待分析数据的步骤包括：将泵阀的动作信号发送至第一数据采集处理装置，由第一数据采集处理装置61处理泵阀的动作信号；所述第一待分析数据包括第一数据采集处理装置处理后的泵阀的动作信号。
在一个示例中，所述高压气体输送管道泄漏监测方法还包括：将第一待分析数据和第二待分析数据发送至服务器7；服务器7将第一待分析数据和第二待分析数据中的数据分类存储，并进行逻辑运算；其中，利用波速系数算法包根据第一区段的温度信号、第二区段的温度信号、第一区段的压力信号和第二区段的压力信号分析波速的修正系数；利用定位算法根据波速的修正系数修正定位算法里的波速预设值；利用误报屏蔽算法根据泵阀的动作信号屏蔽泵阀动作引起的管道波动报警信息，以减少非泄漏报警频率；利用综合逻辑分析判断算法根据第一区段的流量信号、第一区段的振动信号、第一区段的压力信号、第二区段的振动信号、第二区段的压力信号实时监控管道是否发生泄漏。
具体的，服务器7安装有上位机分析软件，用于对数据进行分析，具体如下。
将上述采集仪表上传的各类数据分类存储、同时进行实时的逻辑运算。第一温度传感器51和第二温度传感器52的数据传送给波速系数算法包，波速系数算法包将根据管道首末点的温度、压力等数据将分析波速的修正系数，并将此系数传送给定位算法，以修正定位算法里的波速预设值；开关量传感器1将泵站的泵阀动作值传送给误报屏蔽算法，误报屏蔽算法将屏蔽泵阀动作引起的管道波动报警信息，减少非泄漏报警频率；第一压力传感器41、第二压力传感器42、第一振动信号传感器31和第二振动信号传感器42结合第一流量传感器21的信号以及第二流量传感器22的信号，通过综合逻辑分析判断算法实时监控管道是否发生泄漏，即，当管道发生泄漏时，泄漏点引起的压力下降信号和其它振动波信号向两端传递，由于泄漏导致外输的阻力减小，所以外输的流量会上升或基本不变(由外输泵类型决定流量泄漏时状态)，这时，压力信号下降及动态信号波动幅值变化超出了稳态阈值，则发出泄漏报警信息，系统自动定位，给出定位结果(可人工定位复核，在复杂工况条件下，人工定位精度更高)。
当压力传感器无法有效捕捉微小泄漏引起的压力变化时，振动信号传感器是有益的补充，振动信号传感器是专门针对泄漏事件研发的传感器，对微信号更敏感，尤其是当管道内的co2状态出现三相时发生的泄漏，通过逻辑算法可以实现压力基本不变状态下的泄漏事件分析，从而有效降低漏报。
本实施例可以适用长度不超过30km的高压气体输送管道，管道内的介质压力可以为7mpa及以上。
本实施例在标准工况下，定位误差不超过50米，报警响应时间不超过60秒，监控到最小泄漏量为3毫米孔径的瞬间泄漏。
本发明实施例具有如下优点：通过安装高精高灵敏压力变送器捕捉压力信号，增加高压微弱信号传感器捕捉相对动态变化，增加温度传感器捕捉管道进、出口温度，安装泵阀动作传感器采集泵阀动作信号，通过综合数据采集处理模块将上述全部数据打包发送至主监控计算机，形成新型架构及拓扑关系；在主监控计算机上安装综合性能、分析能力更强大的软件系统，通过收集的管道进出压力、出口流量、振动波、环境温度、泵阀动作信号等综合信息数据，对管道异常的运行状态给出高、中、底三种不同级别的报警信息，实现报警定位功能，完成高压管道三相态介质的泄漏监测。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。