次声波管道泄漏检测系统在榆济线上的应用
(接次声波)管线泄漏报警事例
管线泄漏报警事例（接上）：大庆油田采油十厂朝六联-朝一联输油管线朝六联-朝一联输油管线全长13.5㎞，日输原油1400m3，管径ф159㎜。
2007年12月安装LD-SAKER管道泄漏监测系统。
2010年9月8日17时06分43秒朝六联-朝一联管线发生泄漏，共开关阀两次， 55秒后系统报警，至17时10分57秒关阀，17时36分15秒再次开阀，至18时30分23秒朝六联停输泄漏结束，此次泄漏历时58分22秒。
定位在距朝六联9.63公里处。
2010年9月8日朝六联-朝一联管线泄漏系统报警曲线2010年9月8日朝六联-朝一联管线泄漏定位图（红色圆点指示泄漏位置）大庆油田采油十厂朝23转-朝六联输油管线朝23转-朝六联输油管线全长4.95㎞，日输含水油3400m3，管径ф159㎜，2011年11月安装LD-SAKER管道泄漏监测报警定位系统。
2011年12月11日7时04分该管线发生泄漏，60秒之后系统发出报警提示，泄漏一直持续到7时48分结束，历时44分钟。
系统定位泄漏点距朝23转1.67公里。
2011年12月11日朝23转-朝六联管线泄漏系统报警曲线2011年12月11日朝23转-朝六联管线泄漏定位图（红色原点指示泄漏位置）大庆油田采油十厂肇东一联-朝六联输油管线肇东一联-朝六联输油管线全长20.4㎞，日输原油750m3，管径ф159㎜，2005年11月安装LD-SAKER管道泄漏监测报警定位系统。
2010年3月2日1时44分46秒肇东一-朝六联输油管线发生泄漏，28秒后系统报警，泄漏瞬时排量为1.2m3/h，定位泄漏位置距肇东一联13.3公里。
管理部门处理及时，漏失原油全部缴回。
2010年3月2日肇东一联-朝六联管线泄漏报警曲线2010年3月2日肇东一联-朝六联管线泄漏定位图（红色圆圈指示泄漏位置）大庆油田采油十一厂榆二联–中间站–宋一联输油管线榆二联-宋一联输油管线全长39㎞，中间距榆二联约22.2㎞处有加热站输入徐一联来油进入该管线，管线沿途有77.4m落差，管径ф259㎜，日输原油1100m3，2004年6月安装LD-SAKER管道泄漏监测报警定位系统。
Cortex_M3的次声波输气管道泄漏检测系统
Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３的次声波输气管道泄漏检测系统＊王秀芳，姜金海，姜春雷（东北石油大学电气信息工程学院，大庆１６３３１８）＊黑龙江省教育厅科学技术重点项目（１２５１１ｚ００２）。
摘要：随着国内外天然气管道建设的迅速发展，管道的安全运行在当前尤为重要。
采用基于Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３内核的高性能ＳＴＭ３２处理器对管线中的声波进行采集和分析，从而判断出管道是否泄漏。
在检测到泄漏之后，把泄漏信号远传到数据中心，在管道两端ｍｓ级时间同步的情况下能对泄漏点进行精确定位，实现了输气管道泄漏快速检测和报警的功能，以及管网的数字化智能监控。
关键词：次声波；泄漏检测；ＡＲＭ；ＧＰＳ；ＧＰＲＳ中图分类号：ＴＰ２７４ 文献标识码：ＡＳｕｂｓｏｎｉｃ Ｇａｓ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｌｅａｋ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３Ｗａｎｇ Ｘｉｕｆａｎｇ，Ｊｉａｎｇ Ｊｉｎｈａｉ，Ｊｉａｎｇ Ｃｈｕｎｌｅｉ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ １６３３１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｆｏｒｅｉｇｎ ａｎｄ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｓ ｐａｒｔｉｃｕ－ｌａｒｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＳＴＭ３２ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３ｃｏｒｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｓｏｕｎｄ ｗａｖｅｓｉｎ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｓｏ ａｓ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋｓ ｏｒ ｎｏｔ．Ｉｆ ｔｈｅ ｌｅａｋ ｉｓ ｄｅｔｅｃｔｅｄ，ｔｈｅ ｌｅａｋ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｔｒａｎｓｆｅｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｅｎ－ｔｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｌｏｃａｔｅ ｔｈｅ ｌｅａｋ ｐｏｉｎｔ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｍｓ－ｃｌａｓｓ ｔｉｍｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｔ ｔｈｅ ｂｏｔｈ ｅｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｔｈｅ ｇａｓ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋ ｒａｐｉｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｌａｒｍ，ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｓｕｂ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｓｏｕｎｄ；ｌｅａｋ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ＡＲＭ；ＧＰＳ；ＧＰＲＳ引 言随着管道运输在天然气集输系统中所占的比重日益增大，由于管道占压、腐蚀、老化及盗气引起的管道泄漏情况也严重威胁输气管道系统的安全正常运行。
基于次声波的输气管道泄漏检测系统
10.3969/j.issn.1000-0755.2014.11.018基于次声波的输气管道泄漏检测系统刘四运贾伯早（伊犁哈萨克自治州特种设备检验检测所，新疆伊宁）摘要：天然气管道的建设加速发展，管道安全运行显得尤为重要。
文章介绍的次声波输气管道检测系统基于FPGA技术对输气管道内的次声波信号进行采集和分析，将检测后的信号通过ZigBee模块无线传输到数据中心，实现快速信号检测以及智能化监测功能。
关键词：次声波；泄漏检测；SOPC；ZigBeePipeline Leakage Detection System Based on Infrasonic WaveLiu Siyun Jia Bozao(Kazak Autonomous Prefecture Ili Special Equipment Inspection and Detection Institute, Yining, Xinjiang) Abstract: Pipeline's operational safety is very important with the rapid development of natural-gas pipeline construction. This paper describes the acquisition and analysis of the infrasonic wave signal in the gas transmission pipeline using infrasonic pipeline detection system based on FPGA technique. In the system the signal after detected is transmitted to the data center through the ZigBee module, thereby realizing the fast signal detection and intelligent monitoring function.Key words: infrasonic wave; leakage detection; SOPC; Zigbee0 引言由于管道设备老化和人为破坏等原因引起的输气管道泄漏时常发生，严重影响输气管道系统的安全，同时也造成巨大的生命财产损失和坏境污染。
次声波技术在管道泄漏检测中的应用
次声波技术在管道泄漏检测中的应用丁小勇;宋保强;吕永强【摘要】次声波具有频率低、波长长、衰减小等特点，能够在传播长距离后仍然保留较强的能量。
次声波管道泄漏检测系统有效监控范围大，不受现场环境的限制。
系统由一个负责数据处理的主站和若干个数据采集分析系统组成，数据分析系统采集次声信号，通过企业内局域网络或3G网络方式传送至主站系统。
主站信号处理软件能够对采集的信号进行实时处理，准确地将泄漏信号提取出来，通过计算泄漏信号到达相邻两个分站的时间差异实现精确定位，发布报警信号。
目前该检测系统报警定位误差为±50 m，系统响应时间不超过40 s，误报率为3.83%，有效率为96.17%，漏报率为零。
【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】3页(P101-103)【关键词】管道泄漏;检测系统;次声波;数据采集;定位精度【作者】丁小勇;宋保强;吕永强【作者单位】中国石油北京油气调控中心;中国石油北京油气调控中心;中国石油北京油气调控中心【正文语种】中文次声波泄漏检测系统基于声学、流体力学、现代信号处理等相关理论，该技术的主要优点是在运行前期不需要建立管道的数学模型，更符合我国管道敷设面积广、管线跨距长的实际情况，因此有着更为广泛的应用和较好的发展前景。
国内油气管道发展迅猛，随着使用年限的增长，管道出现老化、腐蚀、穿孔、泄漏等现象，因此如何及时、快速地检测管道是否发生泄漏，对企业的稳定生产和安全运行非常重要[1]。
目前，各种类型管道检测器向多样化、高分辨率、尺寸规格系列化及智能化方向发展，应用较多且较为成熟的检测法有流量检测法、光纤检测法、负压波检测法和次声波检测法。
1.1 流量检测法流量检测法是管道泄漏检测领域最早期的方法，通过检测管道输入端的输入流量与管道输出端的输出流量差，来判断管道是否发生泄漏，原理很简单。
该方法存在以下缺点：①无法实现定位，即无法准确有效地发现泄漏点，不利于快速发现泄漏点并及时维修；②受流量检测仪表精度的限制，一般需要管道泄漏达到一定数量级，仪表才能检测出来并报警。
[VIP专享]次声波管道泄漏检测系统在榆济线上的应用
![[VIP专享]次声波管道泄漏检测系统在榆济线上的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/c65d66a287c24028905fc374.png)
当管道破裂而产生泄漏时，管道内介质在管道压力的作用下，都迅速涌向泄漏处，从泄漏点喷射 而出，喷射出的介质与破损的管壁高速摩擦，在泄漏处形成振动。该振动产生的声波从泄漏处向管道 两端传播。频率较低的次声波信号能够随着管道和流体传播到很远的距离。安装在管线首尾两端的高 灵敏度声波传感器能够有效的获取该信号，通过对获取的信号进行分析处理，可以判别管道是否发生 泄漏并能对泄漏位置进行准确定位。
聊城放气 4 次，时间分别是：19：04，19：10，19：15，19：30。
3
4.3 系统测试
系统的分站和主站安装完毕后，对硬件及软件进行了系统测试。 2012 年 6 月 14 日依次对宋耿落、韩楼、后刘家、聊城站、郭庄进行了放气泄漏试验，检测到了次 声波泄漏信号。通过实验，可以确定在管道发生泄漏时，目前安装的次声波检测系统可以及时准确地 检测到次声波泄漏信号，为系统的正常运行打下了坚实的基础。下面是宋耿落和聊城站的测试记录。 宋耿落放气 2 次，时间分别是：9:33、9:41，如图 4.3.2 所示，其中红色方框表示是同一次放气各
1) B2Ak+22+1=2+15+c51mc+=m5=21c11+m++12+2+1++=212=2+1+2+1+2+2+22+32k+1+2
2
的硬件和软件
管道检测技术
1 研究大口径长输天然气 2011.3—2011.7 完成天然气管道次声波泄漏系统
工作内容
进度
目标
序号
表 4.1.1 系统部署计划表
1
88.8918÷1.2990÷.1=4214÷3922=.0034=1÷15251371=8535.78.208÷023.2173c00÷1*m=29030.3922c=.1÷20m3=2÷120252.=3535=42314c)*523m240341*31.252=31*.1.535.*031342.*9205221.04.455=+213*05*2022.02.854850.3150.*+58c12*5m1*202+.050+0.014*85.20*051000+0+03/8T.+0÷+=55+1*011+010+91÷01454050*0010200+5+0+080+400*+4**1*1510.3910%*C%-*6+÷M(=*M=5÷50)*30*31(÷3110*5+**÷4*1m243.%71e=78%n0)8=8s.5=77.93c.6c0mmc.4*m1*31,0w199o.k2.m4c-cem.5mn2csp26m659*.0.34-50.60c5*pm.3c85m9,c05g.m.05i0rp-l.s.85p6/c50bcm0.om7py.c.6spm5c+mc;0m..7.cmk ; 1+1k+12+1+k2234=1c+m1++4+4+2
基于次声波的天然气管道泄漏检测
：
墨 Ｌ — ｚ
内外 在泄 漏检 测方 面研究 的重 点和 热点是 声 波泄漏
检测技术和分布式光纤泄漏检测技术 ，并且已经应
用 于管线 的泄 漏检 测 ，取得 了 良好 的效 果 。虽然声
￡ ●一 —
—
Ａ＝ｆ １ 一ｔ ２
器 的 时间差 值－ － 。
１ 管道 的次 声波检 测
１ ． １ 次声 波的特 点
（ １ ）传 播 远 。次 声 波 的波 频 率 很 低 且 波 长 很 长 ，不 易被水 和空 气 吸收 。 当次声 波 传播 的距 离非 常 远时 ，大气 对其 吸收率 极低 。
（ ２ ）穿 透 力 强 。次 声 波 还 具 有 很 强 的 穿 透 能
随传播 距 离的 变化 函数 ，可以确 定泄 漏点 的位 置 。
关键 词 ：次声波 ；天然 气管 道 ；检 测 ；管道 实验
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ — ６ ８ ９ ６ ． ２ ０ １ ３ ． ４ ． ０ ４ ２
随着 天然气 管 网 中管 道 的腐蚀 和老 化情 况 的加 度 ，则得 到 以下关 系式
波 检 测 法 已实 现 在 线 的连 续 检 测 ，但 在 检 测 的 长
度 、灵敏 度方 面还 有不 足 ，次声波 检测 法 的研 究在
国 内尚处 在理 论 阶段… 。
则泄 漏点 的位 置表达 式为
Ｌ＋ｖ ａｔ
一 — — 一
式 中 是 同一 泄漏 次声 波 到达 首 、末 站 传 感
优 势。次声波泄漏检测 系统 由次声波传感器、次声９ ｎ ， ４ 量网络传输仪 、监控 主机和 Ｇ Ｐ Ｓ 接 收器组 成 。 为 了验 证 次声 波检 测 的 可 行 性 ，在 实验 室 的环 输 管 道 上进 行 了次 声 波 管道 泄 漏 检 测 的 实 验 。实验结果表明，随着传播距 离的增大 ，次声波会逐 步的衰减 ，但 衰减幅度很 小；随着孔径 的增 大 ，管道 泄 漏所 产 生的 次 声波 的峰 值会 减 小 ；通 过进 一 步 的 实验 ，拟合 出管道 泄 漏 次 声波
榆济线次声波管道泄漏检测系统验收报告
a
且满足
(t)dt 0
这样称 (t)为母函数。
a,b (t) 称为的 (t
a 1/ 2 (t b )
a
)小波，其中 a 称为尺度参数，
b称为时间参数，小波是由母函数伸缩和
平移构成的。
电 压 （ mV）
小波的多分辨率分析具有良好的空间 域和频率域局部化特性，在用于信号 处理时能较好的把噪声信号分解出来
支持向量机通过统计收集到的噪声数据，建立数据库模型，能自动的 识别工况、泄漏、阀室操作等信号，完善次声波检测系统。
定位原理
系统采用高精度的GPS 授时的方式，能够将系 统的定位误差控制在一 个很小的范围内。
系统定位误差：≤50m
X: 泄漏点到A传感器的距离 L：传感器布控距离 T1：泄漏点产生的声波到达A传感器的时间 T2：泄漏点发出的声波到达B传感器的时间 C：声速
2011 获得中石化科技进步二等奖
2010 9月通过中石化专家组鉴定
2007 中石化科技部立项（立项号：307015）
次声波管道泄漏检测系统在 埕孤天然气管道上的应用
次声波管道泄漏检测系统在埕孤天然气管道上进行了实验性应用，运行结 果表明次声波泄漏检测系统适用于天然气管道。
埕岛-孤岛天然气管道全长37.7km，管径273mm。压力3~3.3MPa。 埕岛为高压端，孤岛为低压端。
应用情况
管道泄漏次声波检测系统已成功的应 用在成品油、原油和天然气管道上， 破获30余起打孔盗油、盗气案件
胜利油田埕孤天 然气管道上，破 获两起打孔盗气 行为，这在国内 天然气输送管道 检测中尚属首次
中原油田原油管 道上破获十多起 打孔盗油事件
济邯成品油管 道上，已经破 获八处盗油点
次声波油气管道泄漏检测技术研究
1231 引言目前，对输送油气的线路和管道有很多种泄露的检测方法，根据泄露检测的媒介性质，大体上有直接和间接两种检测方法。
直接检测法主要依靠员工的个人巡线，通过观察泄漏时表露出地表的痕迹和散发出的气味等进行判断；间接检测法就是根据泄漏引起的管道内压力、流量、声音等的变化进行检测；直接检测法工人的劳动强度过大，且在北方由于冰雪覆盖等环境的原因大大增加了巡线的难度；间接检测法最常用的是负压波法和瞬态模型法。
基于次声波在传播过程中衰减小、传感器灵敏度高、传感器安装简单等特点，次声波油气管道泄漏检测有较好的发展前途。
2 次声波的概念及特点次声波是频率小于20Hz的声波。
其特点是频率低、衰减小、传播速度稳定、传播距离远，能沿着管道内的流体介质长距离的传播，适合长距离信号检测。
次声波的频率很低，在20Hz以下，但它的波形长度很长。
它比一般的光波、声波和无线电波都要传得远。
由于次声波本身的频率并不高，所以大气对次声波的吸收程度也不大，所以他的穿透能力相对来说很强，可传播至极远处而能量衰减很小，其吸收的能力还不到万分之几，能传到大概数千米甚至更远的距离。
3 次声波法检测原理当输油气的管道产生泄漏时，泄漏信号沿着管道内流体介质向两端传播，安装在管道两端的次声波传感器能够检测到该信号，通过分析该信号，能够确定管道是否发生泄漏，并能准确计算出泄漏位置。
由于泄漏点距离管道两端次声波传感器的距离不同，所以同一波形到达管道两端存在时间差。
因此，知道了首、末两端传感器之间的距离，以及次声波在管道内的传播速度V ，就可以计算出泄漏点距首端传感器的距离X 。
2L V T X −⋅∆=式中：X —泄漏点距首端传感器的距离；L —首、末两端传感器之间的距离；V —次声波的传播速度；T ∆—次声波到达首、末两端传感器的时间差。
4 系统设计4.1 数据处理程序接收信号中受到高频噪声的影响很大，从而有必要对接收到的信号进行良好的滤波处理，才能进行的数据收集，分析。
基于次声波传感的输气管道泄漏监测技术应用研究
摘要：基于次声波传感技术日益成熟，已经有管道运行企业将此技术应用在输气管道泄漏在线监测。
通过远程实时监测气管道声音信号，进行数据分析，判断声音信号变化从而定位报警气体泄漏。
本文根据应用的次声波输气管道泄漏监测技术进行综合分析，提出：①几方基于次声波传感的监测技术，安装设置和工艺要求基本一致；②在一定压力下对于中间无工艺改变的直连管段有效监测距离可达50km;③在一定压力环境下能够监测露天孔径大于3mm的天然气泄放，定位误差30m左右；④不能表明对裂缝等管道失效能否有效监测，且未对埋地管道泄漏进行测试，不能明确当管道泄漏被土壤等外部因素干扰是否能够有效监测；当一段被监测管道相继出现多个失效点，造成泄漏，可能会出现漏报的情况；⑤信号识别和数据分析是基于能量释放，对微小渗漏等缓慢释放能量的情况，监测效果较差。
1背景近年来，随着泄漏监测技术的日益更新，有着多种方法成果应用，比如负压波法、声波法、光纤测温法等。
但是针对天然气管道，这几种方法应用遇到了诸多问题。
首先由于管道输送介质的特性，气体具有可压缩性，在油管道成熟应用的方法在输气管道应用效果不明显；其次光纤监测，前提一定要有敷设质量和运维良好的光纤，同时由于光纤灵敏度高，测温方式存在多种外部干扰，比如天气、农耕浇水等对监测效果有很大的干扰。
声波法，是目前国内比较推崇的方法，特别是次声波，次声的声 波频率很低，在20HZ 以下，波长却很长，同时 空气等对其吸收甚小，传播距离比一般的声波、光波和无线电波都要 传得远。
目前，国内几家 管道运行企业已经应用了基于次声波的输气 管道泄漏监测技术。
2技术原理2.1定位原理到A 传感器距离为X图1定位原理图根据多方所采用的输气管道泄漏监测技术， 其基本原理，即当管道泄漏时，在泄漏处将产 生能量释放，从而产生次声信号沿着管道内流 体 介质向两端传播，安装在管道两端的次声波 传感器能够捕获该信号到A 传感器时间为Tl 到B 传感器时间为TM主站软件信号处理系统数据采集设备 U A 传感器数据采集设备 泄遇点 B 传感器1通过对信号进行分析处理，从而确定管道是否发生泄漏，并通过计算泄漏信号到达相邻两个分站的时间差，准确计算出泄漏位置，定位原理如图1所示。
次声波管道泄漏监测的原理
次声波管道泄漏监测的原理
次声波管道泄漏监测系统是一种基于声学原理的实时在线监测系统，主要是采用次声波法原理实现对管道泄露的实时监测，其基本原理是通过检测管道漏损引起的次声波信号来判断管道内部是否有泄漏。
在次声波监测系统中，需要将管道周围埋放一定数量的次声波传感器，这些传感器能够感知管道内部的次声波信号，并将其转换成电信号发送给接收器，经过信号处理与分析后，就可以判断管道内是否有漏损。
在管道内部发生泄漏时，液体或气体会从管壁裂缝中泄漏出来，形成一种特殊的流动状态，产生的声波信号频率较低，很难传播到地面，但是会被次声波传感器捕捉到。
次声波信号传输速度较慢，而且受到环境噪声干扰，因此需要进行复杂的信号处理和分析。
为了保证监测系统的准确性和可靠性，次声波管道泄漏监测系统需要进行多方面的工作，包括传感器的选择与布置、测试方法与数据处理算法的开发，以及数据模型的构建和验证等。
在实际应用中，次声波监测系统可以广泛应用于各种类型的管道监测，包括石化、天然气、城市供水、污水处理等领域。
次声波天然气管道泄漏检测系统课件
未来研究方向与挑 战
1 2 3
研究方向 未来研究应重点探索次声波信号处理算法优化、 多传感器融合技术、系统稳定性与可靠性等方面 的研究。
技术挑战 面临的技术挑战包括提高检测灵敏度和精度、降 低系统成本、解决复杂环境下的干扰问题等。
实际应用挑战 在实际应用中，需要解决如何将该技术与其他管 道监测技术进行集成、如何制定统一的技术标准 和应用规范等问题。
次声波天然气管道泄漏
contents
目录
• 次声波技术概述 • 次声波天然气管道泄漏检测系统工作原
理 • 次声波天然气管道泄漏检测系统的优势
与局限性 • 实际应用案例分析 • 次声波天然气管道泄漏检测系统的未来
发展与展望
01
次声波技概述
次声波的定义与特性
总结词
次声波是一种低频声波，其频率 范围通常在0.1-20赫兹之间，波 长较长，不易被水或空气吸收。
采用次声波检测系统对园 区内所有天然气管道进行 定期检测，确保及时发现 泄漏。
实施效果
及时发现并处理了多起泄 漏事故，降低了工业生产 安全风险。
案例三：次声波与其他检测方法的比较分析
比较对象
超声波、红外线、磁力检测等常 见管道泄漏检测方法。
比较内容
检测准确性、实时性、操作难度、 成本等方面。
结论
次声波检测方法在准确性、实时性 和操作简便性上具有明显优势，是 未来管道泄漏检测技术的发展方向。
THANKS。
本，提高安全保障能力。
应用前景与市场潜力
广泛应用
次声波天然气管道泄漏检测系统具有广泛的应用前景，可应用于 城市燃气、工业燃气、石油天然气等领域。
市场需求
随着燃气管道建设规模的不断扩大和安全要求的提高，市场对次声 波泄漏检测技术的需求将不断增长。
基于次声波的输气管道泄漏监测系统
基于次声波的输气管道泄漏监测系统田野【摘要】为了有效地监测输气管道泄漏情况，设计了一套基于次声波的输气管道泄漏监测系统。
该系统利用次声波检测探测距离远、定位精度高的优势，采用惯性授时技术、PID滤波调整控制技术和自适应检测技术，提高了监测的准确性、灵敏度和信噪比。
在每个站场安装2个次声传感器实现方向性消噪功能，排除站内工艺操作影响。
现场试验表明，系统单站监测距离可达到52000 m，泄漏率为0.004%输量/8 MPa，泄漏点定位误差≤20 m；漏报率为零，全系统反应时间≤120 s，满足输气管道的安全运行要求。
%In order to effectively monitor the leakage of gas pipeline, a leak detection sys-tem based on infrasonic wave is designed. Using the detection distance, the advantage of high precision positioning,inertial timing technology,filtering PID adjustment control tech-nology and adaptive detection technology, improves the system accuracy, sensitivity and the signal-to-noise ratio. At each station installed two infrasound sensor achieve directional de-noising function, exclude the influence of process operation station. Field experiment show that system performance can be achieved single station monitoring distance: 52 000 m, leak-age rate: 0.004% transmission quantity/ 8 MPa;leak point positioning error:is equal to or less than 20 m;rate of missing report:zero. system reflect time: less than or equal to 120 s, meet the requirement of gas pipeline transfer safety operation.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2016(035)010【总页数】4页(P67-70)【关键词】次声波;输气管道;泄漏监测;传感器;精度【作者】田野【作者单位】中国石油西部管道公司【正文语种】中文西气东输一线、二线、三线输气能力为770× 108m3/a，为20个省、直辖市供气，惠及4亿人口，对于优化我国能源消费结构、缓解天然气供应紧张局面发挥了重要作用。
济邯管道次声波泄漏检测系统应用简介
（9#~56.44Km）
聊城河南 管理分界
7
2
3
4 222
6
2
3 1
2
40.54
38.5 37.34
35.3433.932
30
2922.8
8.8
俎店站
23.9
（8#~32.54Km） 32.54
5.2 4.43.7 2.2 河店站
（7#~0Km） （上游）
报警疑似点 已发现盗油阀门 备注：距离标注以上游阀室为起始
信号波形图
网络拓扑图
主站服务器
分站系统
分站是系统的现场单元，它由以下部件组成 • 次声波传感器
• 次声波放大器
• 数据采集系统 • 分析处理系统
次声波传感器
次声波放大器
• 设备供电系统
数据采集卡
• 数据通讯系统
太阳能模块
无线通信模块
四、系统部署
本系统布控的起始站是河店站，终点站是清丰站， 共安装4个分站和2个现场主站，分站分别安装在河店站 （7#阀室）、俎店站（8#阀室）、韩张集站（9#阀室）、 清丰站（10#阀室）的4个阀室内，系统布控长度为 86.47km ，现场主站安装在聊城站和濮阳站调度室内。
二、系统原理
• 次声波信号的特点是频率低、衰减小、传播速度稳定、传 播距离远，能沿着管道内的流体介质长距离的传播，适合 长距离信号检测。
• 当管道发生泄漏时，管道内介质在管道压力的作用下，迅 速涌向泄漏处，从泄漏点喷射而出，喷射出的介质与破损 的管壁高速摩擦，在泄漏处形成振动。该振动从泄漏处以 次声波的形式向管道两端传播。
谢谢！
• 管道泄漏信号沿着管道内流体介质向两端传播，安装在管 道两端的次声波传感器能够捕获该信号，通过对信号进行 分析处理，能够确定管道是否发生泄漏，并能准确计算出 泄漏位置。
次声波管道泄漏检测系统经济投入分析
次声波管道泄漏检测系统经济投入分析1 投入内容、次声波管道泄漏检测系统经济投入分硬件和软件两个方面，硬件投入包括服务器、传感器、信号放大器、采集卡、嵌入式电脑系统、通讯系统和供电系统，软件投入包括信号采集、信号分析、降噪方法设计、建模与模式匹配及其程序设计与编制。
2 硬件投入、在次声波管道泄漏检测系统中，硬件设备是以分站系统的形式来投入的，一套分站系统包括传感器、信号放大器、采集卡、嵌入式电脑系统、通讯系统和供电系统；分站系统的设置跟管道长度、管道上所设泵站、阀室数量相关。
管道越长，所需设置的分站系统越多，设备投入越大；管道泵站、阀室越多，所需设置的分站系统越多，设备投入越多。
管道长度：根据声学原理，声波在介质中传播，因波束1.发散、吸收、反射、散射等原因，使声波能量在传播中逐渐减少，其衰减量等于衰减系数与通路长度的乘积；因此声波的传输距离有限，致使传感器的有效探测距离受到限制，管道越长，所需传感器就越多，设备投入就越大。
目前，我公司自行设计生产并拥有自主知识产权的次声波传感器，在理想状态下最长有效距离为60公里，离的次声波传感器产品公里有效探测距市场上目前尚无达到或者超过60出现。
阀室与泵站：由于阀室存在关断的情况，关断之后，泄2.漏信号亦被相应切断，因此，每个阀室至少应设置一套分站，阀室越多，所需设置的分站系统越多，设备投入越大；泵站是完全切断了两端管线的信号传输，每个泵站应在泵站两端各配置一套分站系统，泵站越多，所需设置的分站系统越多，设备投入越多。
3 软件投入、在次声波管道泄漏检测系统中，软件特指信号分析软件，信号分析软件、数据服务器、中心控制室的监控电脑一同组成主站系统。
信号分析软件的开发分三个阶段现场的信号采集：现场的信号采集包括采集管道的本体1.信号和管道的泄漏信号，这是一个资料收集的过程，管道的本体信号采集可以通过系统正常运行获得，管道的泄漏信号只能通过模拟试验来获得，方法是通过在管道的仪表孔或者是放置传感器的孔放油来模拟泄漏，从而获得泄漏信号。
次声波管道泄漏检测系统在榆济线上的应用
一项目来源2011年11月28日，为了保障榆济管道的安全运行，中国石油化工股份有限公司天然气榆济管道分公司与北京科创三思科技发展有限公司签订技术开发合同，安装一套天然气管道的次声波管道泄漏检测系统。
系统部署于榆济管线宋耿落到郭庄段，管道全长83.9km，管道设计压力为8.0Mpa，现阶段管道实际运行压力为5.0～7.0MPa，钢管管径为Φ610×12.5mm。
二技术原理当管道破裂而产生泄漏时，管道内介质在管道压力的作用下，都迅速涌向泄漏处，从泄漏点喷射而出，喷射出的介质与破损的管壁高速摩擦，在泄漏处形成振动。
该振动产生的声波从泄漏处向管道两端传播。
频率较低的次声波信号能够随着管道和流体传播到很远的距离。
安装在管线首尾两端的高灵敏度声波传感器能够有效的获取该信号，通过对获取的信号进行分析处理，可以判别管道是否发生泄漏并能对泄漏位置进行准确定位。
三技术指标（1）定位误差：≤50米；（2）报警准确率：≥90%；（3）可检测泄漏孔：≥10mm/1Mpa四系统安装、测试与应用4.1 系统部署方案系统部署的管线为榆济管线宋耿落至郭庄段，管径610mm，工作压力 5.90Mpa，两端有宋耿落阀室和郭庄阀室，中间分布有韩楼、后刘家2个阀室和聊城输气站，总长83.9公里。
如图4.1.1所示图 4.1.1 宋耿落至郭庄段管线图4.1.2设计依据（1）按照次声管道检测技术要求和榆济管线的实际情况进行设计，要求榆济管线的宋耿落阀室和郭庄阀室段进行设备的安装，安装时需要在1个输气站和4个阀室共5处各安装一套分站检测设备。
（2）设备采用太阳能电池板加蓄电池的供电方式（在有条件的站内可以采用220V电源加蓄电池的供电方式），通讯采用3G的冗余通讯方式。
以保证系统能够实现实时在线并且不会受其他外界因素影响。
（3）通过勘察，4个阀室和聊城站内都预留有注氮孔，次声传感器可安装在注氮孔的阀门后面，以不影响管道的正常输送和维护为准。
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一项目来源2011年11月28日，为了保障榆济管道的安全运行，中国石油化工股份有限公司天然气榆济管道分公司与北京科创三思科技发展有限公司签订技术开发合同，安装一套天然气管道的次声波管道泄漏检测系统。
系统部署于榆济管线宋耿落到郭庄段，管道全长83.9km，管道设计压力为8.0Mpa，现阶段管道实际运行压力为5.0～7.0MPa，钢管管径为Φ610×12.5mm。
二技术原理当管道破裂而产生泄漏时，管道内介质在管道压力的作用下，都迅速涌向泄漏处，从泄漏点喷射而出，喷射出的介质与破损的管壁高速摩擦，在泄漏处形成振动。
该振动产生的声波从泄漏处向管道两端传播。
频率较低的次声波信号能够随着管道和流体传播到很远的距离。
安装在管线首尾两端的高灵敏度声波传感器能够有效的获取该信号，通过对获取的信号进行分析处理，可以判别管道是否发生泄漏并能对泄漏位置进行准确定位。
三技术指标（1）定位误差：≤50米；（2）报警准确率：≥90%；（3）可检测泄漏孔：≥10mm/1Mpa四系统安装、测试与应用4.1 系统部署方案系统部署的管线为榆济管线宋耿落至郭庄段，管径610mm，工作压力 5.90Mpa，两端有宋耿落阀室和郭庄阀室，中间分布有韩楼、后刘家2个阀室和聊城输气站，总长83.9公里。
如图4.1.1所示图 4.1.1 宋耿落至郭庄段管线图4.1.2设计依据（1）按照次声管道检测技术要求和榆济管线的实际情况进行设计，要求榆济管线的宋耿落阀室和郭庄阀室段进行设备的安装，安装时需要在1个输气站和4个阀室共5处各安装一套分站检测设备。
（2）设备采用太阳能电池板加蓄电池的供电方式（在有条件的站内可以采用220V电源加蓄电池的供电方式），通讯采用3G的冗余通讯方式。
以保证系统能够实现实时在线并且不会受其他外界因素影响。
（3）通过勘察，4个阀室和聊城站内都预留有注氮孔，次声传感器可安装在注氮孔的阀门后面，以不影响管道的正常输送和维护为准。
（4）现场分站的布控计划如下：在4个阀室内各安装一套分站，在每个阀室内都预留有注氮孔，可利用此位置安装传感器，因此不用开孔。
安装时将注氮孔阀门后面的盲板替换为可安装传感器的法兰即可。
设备箱可安装在阀室外墙上。
阀室内没有220V电源，采用太阳能电池板为设备充电，自备蓄电池组。
采用3G的通讯方式。
4.1.3 系统部署计划表4.1.1 系统部署计划表4.2 设备安装在宋耿落、韩楼、后刘家、郭庄阀室各安装一套传感器设备，设备箱位于阀室室内，数据采集设备放置在设备箱内，采用太阳能板为设备供电，采用3G无线通讯方式。
4.3 系统测试系统的分站和主站安装完毕后，对硬件及软件进行了系统测试。
2012年6月14日依次对宋耿落、韩楼、后刘家、聊城站、郭庄进行了放气泄漏试验，检测到了次声波泄漏信号。
通过实验，可以确定在管道发生泄漏时，目前安装的次声波检测系统可以及时准确地检测到次声波泄漏信号，为系统的正常运行打下了坚实的基础。
下面是宋耿落和聊城站的测试记录。
宋耿落放气2次，时间分别是：9:33、9:41，如图4.3.2所示，其中红色方框表示是同一次放气各个分站收到的信号情况。
图4.3.1宋耿落放气2次信号图从上述波形可以看出在宋耿落阀室放气，相邻的韩楼阀室可以收到明显的信号，更远处的后刘家阀室也可以看到对应的信号。
聊城放气4次，时间分别是：19：04，19：10，19：15，19：30。
图4.3.4中红色方框表示是同一次放气各个分站收到的信号情况，黑色框中的信号是宋耿落上游方向来的工况信号：图4.3.2聊城放气信号图从波形可以看出，在聊城站放气，相邻的阀室可以收到明显的信号，而且远处的韩楼阀室甚至宋耿落阀室也可以收到信号。
4.4运行期间的例行测试从2012年7月开始，陆续对榆济天然气管线的次声波泄漏检测系统进行不定期的测试。
截止到2012年10月17日放气试验的误差统计：共放气24次，平均误差为19.7米，最大误差为44米4.5 系统应用情况【案例一】2012年7月2日聊城站与郭庄阀室之间，距聊城站12km处，此处一段主管线由直线型整改为U型线，通过河流底部。
整改的管线两端分别安装阀门，在上游阀门开孔操作时，次声波泄漏检测系统检测到了明显的信号，如右图所示有3次信号过程。
时间分别是13:15、13:44、13:53。
系统对此做了及时准确的定位报警。
波形界面如图4.5.1所示聊城站与郭庄阀室之间操作信号的手动辅助定位的结果如图4.5.2所示。
图4.5.2 定位结果图【案例二】2012年6月10号，宋耿落分站系统，韩楼分站系统，后刘家阀室先后收到信号，从图形上看信号来自宋耿落阀室上游，不在分站检测的范围内，不能定位，只能定性的分析在宋耿落方向。
经过分析得知宋耿落上游某个阀室因故障阀门突然关闭，之后阀门又打开工作，分站系统均收到波形信号如下图4.5.4，图4.5.5。
22.052.12.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4 2.452.5x 105电压（m V ）（a ） 宋耿落站 1通道测得的次声波形2012-06-10-08-00-分站01CH01.txt 数据波形图x 105电压（m V ）（b ） 韩楼站 1通道测得的次声波形2012-06-10-08-00-分站02CH01.txt 数据波形图22.052.12.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4 2.452.5x 105电压（m V ）（c ） 后刘家站 1通道测得的次声波形2012-06-10-08-00-分站03CH01.txt 数据波形图22.052.12.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4 2.452.5x 105电压（m V ）（d ） 聊城站 1通道测得的次声波形2012-06-10-08-00-分站04CH01.txt 数据波形图22.052.12.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4 2.452.5x 105电压（m V ）（e ） 郭庄站 1通道测得的次声波形2012-06-10-08-00-分站05CH01.txt 数据波形图图4.5.4分站原始次声波形图从图中可以看出：宋耿落、韩楼、后刘家三处均有明显信号；聊城的8阶小波也能看到信号，信噪比不是很好，郭庄看不到信号。
x 1058阶分解高频信号波形x 1058阶分解高频信号波形22.052.12.152.2 2.25 2.3 2.352.42.452.5x 1058阶分解高频信号波形x 1058阶分解高频信号波形x 1058阶分解高频信号波形图4.5.5 分站8阶小波分解波形12：58左右，旁通打开；13:22左右，阀门打开，宋耿落、韩楼、后刘家三处均有明显信号；聊城因噪声较大，信号不明显；郭庄看不到信号。
阀门打开一段时间后，能看到一段较明显的波动，疑似关闭旁通，图4.5.6和图4.5.7分别是五个分站的原始图形和8截小波分解图，图形中能明显的观察到次声波变化的信号。
0.50.60.70.80.91 1.1 1.2 1.3 1.41.5x 105电压（m V ）（a ） 宋耿落站 1通道测得的次声波形2012-06-10-12-01-分站01CH01.txt 数据波形图0.50.60.70.80.91 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5x 105电压（m V ）（b ） 韩楼站 1通道测得的次声波形2012-06-10-12-03-分站02CH01.txt 数据波形图0.50.60.70.80.91 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5x 105电压（m V ）（c ） 后刘家站 1通道测得的次声波形2012-06-10-12-00-分站03CH01.txt 数据波形图0.50.60.70.80.91 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5x 105电压（m V ）（d ） 聊城站 1通道测得的次声波形2012-06-10-12-00-分站04CH01.txt 数据波形图x 105电压（m V ）（e ） 郭庄站 1通道测得的次声波形2012-06-10-12-02-分站05CH01.txt 数据波形图图4.6.5个分站原始次声x 1058阶分解高频信号波形x 1058阶分解高频信号波形0.50.60.70.80.91 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5x 1058阶分解高频信号波形0.50.60.70.80.91 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5x 1058阶分解高频信号波形x 1058阶分解高频信号波形图4.7. 5个分站8阶小波分解波形阀室关闭和打开，本系统都能收到信号，虽然阀室动作发生不在检测系统的检测范围之内，本系统仍然能定性的给出发生的方位，如果阀室关闭的地点在系统检测范围内，将会精确判断故障阀室位置，为阀室管理提供依据。
五研究结论榆济天然气管道次声波管道泄漏检测系统，经过2年研发及实践，于2011年12月在榆济天然气管道宋耿落阀室至郭庄阀室段成功安装。
经过多次放气试验、数月的现场工况数据采集和分析管理软件的不断完善，目前系统已稳定运行。
期间，使用单位多次进行放气测试试验，次声波泄漏检测系统均能成功检测并且定位。
7月下旬开始，陆续对榆济天然气管线的次声波泄漏检测系统进行不定期的测试。
通过每次阶段性的试验，我们多次改进数据算法、提高了泄漏定位的可靠性和和准确性。
从系统的安装和运行的情况来看，系统已达到预定的各项指标要求。
该次声波泄漏检测系统具有以下特点：1、系统采用次声波检测的技术手段，检测灵敏度与管道发生泄漏时的泄漏量无直接关系，与泄漏孔径和泄漏前的压力有关系，即与管道发生泄漏时产生的声波声强有关系，因此系统反应灵敏。
2、次声波系统通过泄漏信号到达上下游传感器的时间实现定位，信号时间通过GPS精确校时，因此泄漏定位更准确。
对发生管道盗气、泄漏事故的抢维修工作可提供准确的依据。
4、榆济管道上的次声波管道泄漏检测系统，安装了五个分站系统，依次是宋耿落、韩楼、后刘家、聊城和郭庄，分站数量的增加，为提高报警定位精度提供了数据基础，我们根据阀室的实际情况，设计了新的仿真测试软件，用于数据处理和定位报警逻辑模块的测试和调试。
5、两次意外事故均能准确报警，U型管改造和阀室关闭。
6、针对榆济天然气管道线路较长，分站多，待处理数据量大的特点，优化了报警逻辑处理模块，提高了对多个分站收到信号的处理的速度和处理大量数据的能力。
7、测试结果表明，系统报警的平均误差为21.6米，最大误差为45米，均在50米范围以内，从系统的安装和运行的情况来看，系统已达到合同的各项指标要求。