燃气管道泄漏定位和报警系统的研究

燃气管道泄漏定位和报警系统的研究

【摘要】管道运输是一种十分重要的运输方式，管道泄漏事故的频发，会造成资源的严重浪费和大气环境的污染，给人民的生命财产带来了严重的威胁。因此，建立一套有效的管道泄漏检测及定位报警系统，具有极其重要的意义。本文综合评价了目前燃气管道泄漏定位和报警系统的最新研究进展。

【关键词】燃气管道；泄漏定位；动态仿真；模型实验；模拟软件；GIS

0 引言

管道运输作为与铁路、公路、航空、水运并行的五大运输手段之一，是城市公用基础设施的重要组成部分，在国民经济中的地位越来越重要[1]。但由于管道老化腐蚀以及人为损坏等原因，管道泄漏事故渐渐频发。与此同时，GIS作为一种新的计算机管理系统应运而生，它具有空间关系与实物对应明确的特点，而WebGIS是将地理信息系统和互联网技术相结合，对管网信息进行共享。于是，徐湃[2]将WebGIS与管网的泄漏定位相结合，能够在有危险情况发生时，准确定位泄漏点的位置，为采取有效措施应对突发事件提供了可靠的参考信息。在此系统中应用了许多国内学者的先进研究理论。

1 定位和报警系统的研究

从管道中气体运动的基本规律出发，建立管道动态仿真模型，并利用准确度较高、稳定性较好的特征线方法对瞬态模型进行计算机数值求解[3]。根据特征线方法，段卓平等[4]以C#为开发工具，编制管道动态仿真模拟软件，对真实天然气管道进行动态仿真模拟，验证了动态仿真软件的准确性。其次，可以形成一种管道泄漏报警及定位理论，采用管段两端双向同时仿真进行检漏与定位的方法。

在理论分析的基础上，设计了室内管道泄漏定位及报警实验装置，模拟实际应用管道输送气体正常运行以及发生泄漏时的情况，对整套实验系统的结构设计及软硬件的设计与开发进行了详细的研究[5]。并利用该实验监测系统进行了多次泄漏定位实验及数据分析，为管道泄漏检测的实际应用提供了实验基础。

以下是对管道泄漏定位和报警系统研究的三个具体方面：

第一部分：燃气管道泄漏定位与报警的理论研究

曾小燕等[6]从流体流动的基本定律入手，详细讨论了管道动态仿真模型的建立，并以一定条件为基础对模型进行简化。根据所建立的数学模型，利用特征线方法对模型进行数值求解，并采用计算机编程语言C#编制管道动态仿真程序。在动态仿真程序的基础上，提出了管段两端双向同时仿真的泄漏定位理论及三色泄漏报警理论。通过在管段首末两端设置压力与流量传感器监测管段两端流体运

行参数值，对管段进行双向同时动态仿真以此确定管段泄漏点位置。三色报警理论通过三级报警同时排除误报从而解决目前众多泄漏检测理论都存在的误报问题。

第二部分：燃气管道泄漏定位动态仿真实验研究

为验证理论模型的正确性，曲志刚[7]建立了一套管道泄漏定位与报警的综合实验系统。根据验证实验的要求设计实验系统的结构，根据需要确定与泄漏检测定位有关的管道内流体的运行参数，建立管道泄漏检测所需数据的采集系统。王大庆等[8]对模型所需边界条件物理量进行采集，在管道首末两端安装相应的测控仪器，通过对压力流量等信号的采集分析，比较准确的判断管道是否存在泄漏点以及定位管道泄漏点的位置。详细介绍了实验系统软硬件的开发及实现。通过对实验管段的多次实际模拟分析，将理论应用于实践，来验证管道泄漏定位理论的可靠性和理论的正确性。

第三部分：基于WebGIS的燃气管网状态监控系统开发

根据长距离输气管道的特点，张甫仁[9]分析了管道管理需求信息，结合WebGIS的优势，以重庆市长寿区天然气管网为例，构建管网管理的基于WebGIS 的燃气管道状态监控系统。基于WebGIS的监控系统可以实现信息共享，除具备普通GIS应有的一切功能外，当管段某一处发生泄漏时，通过管道泄漏定位及报警理论迅速确定泄漏点后，在监控系统中即可及时查询、显示。因此，该系统为管理部门提供了良好平台，对于管网运行状况进行及时的查询，基于突发情况的防范与解决具有良好的参考意义。

2 总结

综上所述，国内学者所研究的天然气管道泄漏定位与报警系统能够及时发现泄漏并报警，确定泄漏点的位置，为采取及时、有效的救援措施提供参考依据。学者们为验证理论研究的正确性，建立了一整套燃气管网泄漏定位实验系统，将实验结果与理论分析结果进行对比，一方面证明理论的正确性，另一方面也可检验利用理论指导实验的实际可行性。但大部分的研究是在一定的假设条件下进行的，与实际状况也有一定差距。国内学者们的研究为了解和控制燃气管网系统运行状态提供更为直观可靠的数据，保证了管网系统处于最优运行状态。同时，也为我国燃气管网软件的商业化奠定基础。

【参考文献】

[1]朱学谦.天然气在我国能源结构中的战略意义[J].战略与决策研究，2009，24（1）：22-27.

[2]徐湃.燃气管道泄漏与报警系统研究[D].重庆交通大学，2011：4-14.

[3]王惠民.流体力学基础[M].清华大学出版社，2005：10-15.

[4]段卓平，吕武轩.易燃易爆（有毒）重大危险源（灌区）泄漏物扩散模型及数值模拟[J].中国安全科学学报，1998，9（4）.

[5]张渭滨.数学物理方程[M].2007.

[6]张甫仁，徐湃，曾小燕.燃气管网系统仿真的理论分析与应用[J].哈尔滨工业大学学报，2009，41（7）：193-198（EI源刊）.

[7]曲志刚.分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术研究[D].天津大学，2007.

[8]王大庆，霍春勇，高惠临.长输管线气体泄露率简化计算方法[J].天然气工业，2008，28（1）：116-118.

[9]张甫仁.燃气管网系统安全性及仿真的理论分析与应用研究[D].天津大学，2005.