人工智能型的管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在克－烏成品油管道的應(yīng)用研究（下
4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果
在正常輸油和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，選擇不易報(bào)警的下游段管道作為測(cè)試段，采用現(xiàn)場(chǎng)放油的方法對(duì)《HKH系列管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)》的性能和特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)。在全過程系統(tǒng)處于全自動(dòng)無人干預(yù)的狀態(tài)。
4.1輸單品種油時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)
表一 2004年10月25日距703站135km處放油現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)表
序號(hào) 時(shí)：分 輸油量m3/h 放油量m3/h 放油速度% 報(bào)警情況 位置誤差km
1 12:48 309.1 2.1 0.679 134.69 -0.31
2 13:00 301.2 1.7 0.564 130.76 -4.24
3 13:31 301.2 2.0 0.664 135.9 0.9
4 14:00 300.1 1.5 0.500 134.86 -0.14
表一中的數(shù)據(jù)均來自現(xiàn)場(chǎng)紀(jì)錄，測(cè)試時(shí)輸送的油品是柴油，管道中沒有混油頭。每次放油報(bào)警相應(yīng)時(shí)間均小于3分鐘。
4.2. 管道中有混油頭時(shí)現(xiàn)場(chǎng)放油測(cè)試數(shù)據(jù)
2005年9月25日，在管道中有汽頂柴混油頭的情況下，再一次進(jìn)行了測(cè)試。
表二 管道中有混油頭時(shí)現(xiàn)場(chǎng)放油測(cè)試數(shù)據(jù)表
放油地點(diǎn) 放油時(shí)間2005年9月25日 輸油量m3/h 放油速度m3/h （放油量/輸油量）×100% 報(bào)警位置距克首站km 響應(yīng)時(shí)間min
自動(dòng)記錄 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量 自動(dòng)記錄 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量
10號(hào)閥池 11:35-11:40 278 0.692 1.9 0.25 0.68 238.5 3
12:15-12:25 278 1.9 0.68
12:50-13:00 278 1.6 0.58
13:30-13:40 278 0.518 1.56 0.19 0.57 239.88 3
14:00-14:10 276 0.696 1.77 0.25 0.64 237.65 3
13號(hào)閥池 16:20-16:30 277 0.717 1.32 0.26 0.48 260.04 3
16:50-17:00 277 0.609 1.4 0.22 0.51 272.243 3
17:30-17:40 277 1.35 0.49
18:00-18:10 277 1.35 0.48
18:35-18:45 277 1.4 0.51
表二自動(dòng)記錄是系統(tǒng)報(bào)警記錄中的數(shù)值，該值是管道兩端流量計(jì)差值變化的累計(jì)量，它反映的是可檢測(cè)信號(hào)的數(shù)值；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量是放油時(shí)現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)的計(jì)量值，它是現(xiàn)場(chǎng)放油的實(shí)際值；
4.3數(shù)據(jù)分析
現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)都是可靠的。但管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的泄漏數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于現(xiàn)場(chǎng)記錄的數(shù)據(jù)。這種差別是由輸油管道特性決定的。
4.3.1 泄漏發(fā)生后的階段特性
當(dāng)管道泄漏發(fā)生時(shí)，管道內(nèi)外壓差大使流體迅速外漏，由此造成管道局部壓力下降，泄漏點(diǎn)到上游壓差最大，到下游壓差最小，泄漏速度最大，這一階段時(shí)間長(zhǎng)度計(jì)為Tf，流體的瞬時(shí)泄漏速度記為Qf；
隨著管道收縮和管內(nèi)油品壓力降低體積膨脹，導(dǎo)致Qf大于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的泄漏速度Qd。現(xiàn)場(chǎng)泄漏速度為最低，這是泄漏發(fā)生的第二階段；
泄漏引起使泵的流量增加，管道壓力有稍許回升，導(dǎo)致了泄漏速度的增大。此時(shí)，盡管還有波動(dòng)，但基本上管道壓力已趨于穩(wěn)定，這是泄漏發(fā)生后的第三階段；
這三個(gè)階段是泄漏過渡階段。先是現(xiàn)場(chǎng)有了泄漏Qf，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)的泄漏為0，隨后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開始檢測(cè)到泄漏速度Qd，管道處于壓縮能和過充裝能量的釋放階段。這階段，Qf和Qd同時(shí)存在，但始終有Qf＞Qd。
泄漏使管道壓力重新分布，管道逐步開始進(jìn)入一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)過程。這一過程是穩(wěn)定泄漏階段。Qf和Qd逐步靠近，最后趨于相等；
隨著關(guān)放油閥，泄漏點(diǎn)壓力突然上升，現(xiàn)場(chǎng)沒有流量了，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還會(huì)有流量。現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)停止運(yùn)行了同一個(gè)Tf時(shí)間后，Qd才結(jié)束。此后管道進(jìn)入壓力上升，流量的過充裝階段。但現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都未能記錄這種充裝量。
從上面分析可知，在泄漏未到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)之前，始終有Qf＞Qd。如果開孔放油時(shí)間還未到達(dá)穩(wěn)定階段就關(guān)上了閥門，其結(jié)果必然是現(xiàn)場(chǎng)放油量大于監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的量。可見，短時(shí)間放油，現(xiàn)場(chǎng)泄漏多，流程儀表記錄的少是必然規(guī)律。
管道壓力平衡需要多少時(shí)間？這個(gè)問題很復(fù)雜。有人做過計(jì)算③，在一條成品油管道發(fā)生0.5％泄漏時(shí)，距泄漏點(diǎn)80km的監(jiān)測(cè)點(diǎn)上首波壓降300Pa，480秒后大約又下降了10倍，達(dá)3kPa。可見，壓力下降還處在過渡階段。
4.3.2關(guān)于系統(tǒng)靈敏度
不可測(cè)量的參數(shù)無法評(píng)論其數(shù)值指標(biāo)。就管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，衡量系統(tǒng)靈敏度指標(biāo)的正確數(shù)據(jù)只能以來自系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的信號(hào)為依據(jù)。
從表二自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)欄可以看到，系統(tǒng)在泄漏0.19％下仍能正常報(bào)警。不難得出結(jié)論，如果不是因?yàn)榛煊皖^經(jīng)過泵站帶來的波動(dòng)影響和人工測(cè)試放油等間隔連續(xù)性造成的管道工作不平穩(wěn)，對(duì)于一般管道穿孔發(fā)生的泄漏和打孔盜油造成的泄漏而言，系統(tǒng)漏報(bào)是不可能的，而且靈敏度遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)外領(lǐng)先產(chǎn)品0.5％的技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)的可靠性是可以信賴的。
在真實(shí)的管道泄漏中，無論自然泄漏還是人工開孔盜油，一般泄漏都會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定泄漏階段，此時(shí)，有Qf＝Qd。所以，實(shí)際泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏速度和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的泄漏速度在使用中是一致的。
圖三 9月25日管道中有混油頭時(shí)現(xiàn)場(chǎng)放油曲線圖
4.4. 放油過程曲線解讀
放油過程在圖三中必然對(duì)應(yīng)一小段下凹的曲線。但單從下凹曲線上已經(jīng)不容易確切的分清所有的放油過程了。從圖像中可以分出曲線圖上有18個(gè)下凹的曲線段，實(shí)際只放了10次油，而曲線下落最大的位置卻不是放油所致，那是混油頭經(jīng)過泵站時(shí)形成的。
圖三中，1、4、5、6、7是放油報(bào)警過程曲線，2、3和8、9、10是未報(bào)警的放油曲線。在第一次放油前40分鐘，管道剛好經(jīng)過兩次較大的壓力波動(dòng)，到放油開始時(shí)，余波還在。未報(bào)警的2和3放油過程剛好被混油頭經(jīng)過泵站的全過程給連了起來。由于連續(xù)操作，在第五次放油以后，管道這種較長(zhǎng)周期的振蕩已經(jīng)形成，這給后面放油識(shí)別造成了直接困難。
5.克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能綜合評(píng)價(jià)
5.1系統(tǒng)性能優(yōu)于預(yù)想效果
測(cè)試已經(jīng)證明，系統(tǒng)模型高度智能化，靈敏度達(dá)到了0.2％，完全自動(dòng)化運(yùn)行，無需人的干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)無人值守。從上面的放油數(shù)據(jù)和曲線我們看到，在管道壓力變化復(fù)雜的背景下保持高靈敏度的同時(shí)，能夠識(shí)別人工操作和管道異常波動(dòng)，抑制誤報(bào)警。克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能優(yōu)于預(yù)想效果。
5.2問題和建議
受放油條件限制，放油速度無法再大，無法驗(yàn)證在0.5％泄漏速度下的效果，從圖三我們也看到，盡管性能優(yōu)異，非常靈敏，沒有誤報(bào)警，但在靈敏度達(dá)到0.2％時(shí)仍有一半的放油過程沒有報(bào)警，后兩次的定位重復(fù)性也不好，有待今后改進(jìn)。
6、結(jié) 論
為解決克烏成品油管道泄漏監(jiān)測(cè)問題，我們采用了《HKH系列管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)》，設(shè)計(jì)了專門模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過調(diào)試，在系統(tǒng)工作正常的情況下進(jìn)行了實(shí)際泄放試驗(yàn)，分析了試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像，證明了這確實(shí)是適合我們需要的管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。和其他同類技術(shù)相比，它具有靈敏度高、響應(yīng)快、誤報(bào)少、定位準(zhǔn)、功能全、智能化程度高、不需要人工設(shè)置參數(shù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，滿足克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測(cè)的需求，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目的。
在正常輸油和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，選擇不易報(bào)警的下游段管道作為測(cè)試段，采用現(xiàn)場(chǎng)放油的方法對(duì)《HKH系列管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)》的性能和特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)。在全過程系統(tǒng)處于全自動(dòng)無人干預(yù)的狀態(tài)。
4.1輸單品種油時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)
表一 2004年10月25日距703站135km處放油現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)表
序號(hào) 時(shí)：分 輸油量m3/h 放油量m3/h 放油速度% 報(bào)警情況 位置誤差km
1 12:48 309.1 2.1 0.679 134.69 -0.31
2 13:00 301.2 1.7 0.564 130.76 -4.24
3 13:31 301.2 2.0 0.664 135.9 0.9
4 14:00 300.1 1.5 0.500 134.86 -0.14
表一中的數(shù)據(jù)均來自現(xiàn)場(chǎng)紀(jì)錄，測(cè)試時(shí)輸送的油品是柴油，管道中沒有混油頭。每次放油報(bào)警相應(yīng)時(shí)間均小于3分鐘。
4.2. 管道中有混油頭時(shí)現(xiàn)場(chǎng)放油測(cè)試數(shù)據(jù)
2005年9月25日，在管道中有汽頂柴混油頭的情況下，再一次進(jìn)行了測(cè)試。
表二 管道中有混油頭時(shí)現(xiàn)場(chǎng)放油測(cè)試數(shù)據(jù)表
放油地點(diǎn) 放油時(shí)間2005年9月25日 輸油量m3/h 放油速度m3/h （放油量/輸油量）×100% 報(bào)警位置距克首站km 響應(yīng)時(shí)間min
自動(dòng)記錄 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量 自動(dòng)記錄 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量
10號(hào)閥池 11:35-11:40 278 0.692 1.9 0.25 0.68 238.5 3
12:15-12:25 278 1.9 0.68
12:50-13:00 278 1.6 0.58
13:30-13:40 278 0.518 1.56 0.19 0.57 239.88 3
14:00-14:10 276 0.696 1.77 0.25 0.64 237.65 3
13號(hào)閥池 16:20-16:30 277 0.717 1.32 0.26 0.48 260.04 3
16:50-17:00 277 0.609 1.4 0.22 0.51 272.243 3
17:30-17:40 277 1.35 0.49
18:00-18:10 277 1.35 0.48
18:35-18:45 277 1.4 0.51
表二自動(dòng)記錄是系統(tǒng)報(bào)警記錄中的數(shù)值，該值是管道兩端流量計(jì)差值變化的累計(jì)量，它反映的是可檢測(cè)信號(hào)的數(shù)值；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量是放油時(shí)現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)的計(jì)量值，它是現(xiàn)場(chǎng)放油的實(shí)際值；
4.3數(shù)據(jù)分析
現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)都是可靠的。但管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的泄漏數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于現(xiàn)場(chǎng)記錄的數(shù)據(jù)。這種差別是由輸油管道特性決定的。
4.3.1 泄漏發(fā)生后的階段特性
當(dāng)管道泄漏發(fā)生時(shí)，管道內(nèi)外壓差大使流體迅速外漏，由此造成管道局部壓力下降，泄漏點(diǎn)到上游壓差最大，到下游壓差最小，泄漏速度最大，這一階段時(shí)間長(zhǎng)度計(jì)為Tf，流體的瞬時(shí)泄漏速度記為Qf；
隨著管道收縮和管內(nèi)油品壓力降低體積膨脹，導(dǎo)致Qf大于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的泄漏速度Qd。現(xiàn)場(chǎng)泄漏速度為最低，這是泄漏發(fā)生的第二階段；
泄漏引起使泵的流量增加，管道壓力有稍許回升，導(dǎo)致了泄漏速度的增大。此時(shí)，盡管還有波動(dòng)，但基本上管道壓力已趨于穩(wěn)定，這是泄漏發(fā)生后的第三階段；
這三個(gè)階段是泄漏過渡階段。先是現(xiàn)場(chǎng)有了泄漏Qf，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)的泄漏為0，隨后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開始檢測(cè)到泄漏速度Qd，管道處于壓縮能和過充裝能量的釋放階段。這階段，Qf和Qd同時(shí)存在，但始終有Qf＞Qd。
泄漏使管道壓力重新分布，管道逐步開始進(jìn)入一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)過程。這一過程是穩(wěn)定泄漏階段。Qf和Qd逐步靠近，最后趨于相等；
隨著關(guān)放油閥，泄漏點(diǎn)壓力突然上升，現(xiàn)場(chǎng)沒有流量了，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還會(huì)有流量。現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)停止運(yùn)行了同一個(gè)Tf時(shí)間后，Qd才結(jié)束。此后管道進(jìn)入壓力上升，流量的過充裝階段。但現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都未能記錄這種充裝量。
從上面分析可知，在泄漏未到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)之前，始終有Qf＞Qd。如果開孔放油時(shí)間還未到達(dá)穩(wěn)定階段就關(guān)上了閥門，其結(jié)果必然是現(xiàn)場(chǎng)放油量大于監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的量。可見，短時(shí)間放油，現(xiàn)場(chǎng)泄漏多，流程儀表記錄的少是必然規(guī)律。
管道壓力平衡需要多少時(shí)間？這個(gè)問題很復(fù)雜。有人做過計(jì)算③，在一條成品油管道發(fā)生0.5％泄漏時(shí)，距泄漏點(diǎn)80km的監(jiān)測(cè)點(diǎn)上首波壓降300Pa，480秒后大約又下降了10倍，達(dá)3kPa。可見，壓力下降還處在過渡階段。
4.3.2關(guān)于系統(tǒng)靈敏度
不可測(cè)量的參數(shù)無法評(píng)論其數(shù)值指標(biāo)。就管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，衡量系統(tǒng)靈敏度指標(biāo)的正確數(shù)據(jù)只能以來自系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的信號(hào)為依據(jù)。
從表二自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)欄可以看到，系統(tǒng)在泄漏0.19％下仍能正常報(bào)警。不難得出結(jié)論，如果不是因?yàn)榛煊皖^經(jīng)過泵站帶來的波動(dòng)影響和人工測(cè)試放油等間隔連續(xù)性造成的管道工作不平穩(wěn)，對(duì)于一般管道穿孔發(fā)生的泄漏和打孔盜油造成的泄漏而言，系統(tǒng)漏報(bào)是不可能的，而且靈敏度遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)外領(lǐng)先產(chǎn)品0.5％的技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)的可靠性是可以信賴的。
在真實(shí)的管道泄漏中，無論自然泄漏還是人工開孔盜油，一般泄漏都會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定泄漏階段，此時(shí)，有Qf＝Qd。所以，實(shí)際泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏速度和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的泄漏速度在使用中是一致的。
圖三 9月25日管道中有混油頭時(shí)現(xiàn)場(chǎng)放油曲線圖
4.4. 放油過程曲線解讀
放油過程在圖三中必然對(duì)應(yīng)一小段下凹的曲線。但單從下凹曲線上已經(jīng)不容易確切的分清所有的放油過程了。從圖像中可以分出曲線圖上有18個(gè)下凹的曲線段，實(shí)際只放了10次油，而曲線下落最大的位置卻不是放油所致，那是混油頭經(jīng)過泵站時(shí)形成的。
圖三中，1、4、5、6、7是放油報(bào)警過程曲線，2、3和8、9、10是未報(bào)警的放油曲線。在第一次放油前40分鐘，管道剛好經(jīng)過兩次較大的壓力波動(dòng)，到放油開始時(shí)，余波還在。未報(bào)警的2和3放油過程剛好被混油頭經(jīng)過泵站的全過程給連了起來。由于連續(xù)操作，在第五次放油以后，管道這種較長(zhǎng)周期的振蕩已經(jīng)形成，這給后面放油識(shí)別造成了直接困難。
5.克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能綜合評(píng)價(jià)
5.1系統(tǒng)性能優(yōu)于預(yù)想效果
測(cè)試已經(jīng)證明，系統(tǒng)模型高度智能化，靈敏度達(dá)到了0.2％，完全自動(dòng)化運(yùn)行，無需人的干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)無人值守。從上面的放油數(shù)據(jù)和曲線我們看到，在管道壓力變化復(fù)雜的背景下保持高靈敏度的同時(shí)，能夠識(shí)別人工操作和管道異常波動(dòng)，抑制誤報(bào)警。克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能優(yōu)于預(yù)想效果。
5.2問題和建議
受放油條件限制，放油速度無法再大，無法驗(yàn)證在0.5％泄漏速度下的效果，從圖三我們也看到，盡管性能優(yōu)異，非常靈敏，沒有誤報(bào)警，但在靈敏度達(dá)到0.2％時(shí)仍有一半的放油過程沒有報(bào)警，后兩次的定位重復(fù)性也不好，有待今后改進(jìn)。
6、結(jié) 論
為解決克烏成品油管道泄漏監(jiān)測(cè)問題，我們采用了《HKH系列管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)》，設(shè)計(jì)了專門模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過調(diào)試，在系統(tǒng)工作正常的情況下進(jìn)行了實(shí)際泄放試驗(yàn)，分析了試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像，證明了這確實(shí)是適合我們需要的管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。和其他同類技術(shù)相比，它具有靈敏度高、響應(yīng)快、誤報(bào)少、定位準(zhǔn)、功能全、智能化程度高、不需要人工設(shè)置參數(shù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，滿足克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測(cè)的需求，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目的。
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