一種基于無量綱的成品油管道泄漏量估計(jì)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及成品油管道泄漏量檢測(cè)方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無量綱的成 品油管道泄漏量估計(jì)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，基于負(fù)壓波檢測(cè)法的管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，但這類 系統(tǒng)還存在一些共性的問題：成品油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于泄漏事故的泄漏等級(jí)無法評(píng) 估，即管道的泄漏量的定量估計(jì)在技術(shù)上一直無法實(shí)現(xiàn)。
[0003] 目前，準(zhǔn)確估計(jì)成品油管道的泄漏量與很多方面的因素相關(guān)，其中最關(guān)鍵的就是 當(dāng)前管道介質(zhì)的壓力波衰減率，通過準(zhǔn)確的壓力波衰減率可以建立對(duì)應(yīng)的模型來估計(jì)泄漏 量；長輸成品油管道在水力瞬變過程中，所發(fā)生的直接水擊壓力將會(huì)沿管道傳播，由于存在 剩余流動(dòng)，直接水擊壓力波的所到之處，流速會(huì)不斷變化，直接水擊壓力波前峰值存在明顯 的衰減，即所謂的壓力波衰減；壓力波在管道中傳遞存在著不同程度上的損失，壓力波的每 一次傳遞過程中都是衰減的，根據(jù)不同的介質(zhì)以及距離導(dǎo)致壓力波衰減的程度不一；但由 于長輸管道間距較長，環(huán)境影響因素較多，各管道介質(zhì)邊界條件不同，因而目前針對(duì)成品油 管道中壓力波衰減的程度及形式的相關(guān)理論還未形成，只能以針對(duì)性的管段進(jìn)行數(shù)據(jù)收集 研究，因此，尋求合適的途徑計(jì)算壓力波衰減率以及建立合適的模型估計(jì)泄漏量是未來研 究的大方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于無量綱的成品油管道泄漏量估計(jì)系統(tǒng) 及方法，以達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)算管道壓力衰減率和估計(jì)泄漏量的目的。
[0005] -種基于無量綱的成品油管道泄漏量估計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號(hào)采集器、壓力傳 感器陣列、三階有源濾波器、中央處理單元和上位機(jī)，其中，
[0006] 信號(hào)采集器：用于采集目標(biāo)管段進(jìn)口壓力、目標(biāo)管段出口處的壓力、目標(biāo)管段進(jìn)口 流量、目標(biāo)管段出口流量、介質(zhì)溫度和介質(zhì)密度，并對(duì)采集的各類信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，再 發(fā)送至三階有源濾波器；
[0007] 壓力傳感器陣列：用于測(cè)量管道運(yùn)行時(shí)，整條管道的壓力變化情況，再發(fā)送至中央 處理單元中；
[0008] 三階有源濾波器：用于對(duì)信號(hào)采集器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲濾波，再發(fā)送至中央處 理單元中；
[0009] 中央處理單元：用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)并發(fā)送至上位機(jī)中；
[0010] 上位機(jī)：
[0011] 用于查詢管網(wǎng)的歷史工況情況，判斷是否為誤報(bào)警；
[0012] 用于實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)管段進(jìn)口壓力、目標(biāo)管段出口處的壓力、目標(biāo)管段進(jìn)口流量、目 標(biāo)管段出口流量、介質(zhì)溫度和介質(zhì)密度，并求解目標(biāo)管段的介質(zhì)平均溫度和介質(zhì)平均密度， 根據(jù)介質(zhì)平均溫度和介質(zhì)平均密度獲得目標(biāo)管段內(nèi)負(fù)壓波波速；
[0013] 用于根據(jù)目標(biāo)管段的進(jìn)口壓力和出口壓力，采用小波理論確定管道泄漏發(fā)生時(shí)， 被監(jiān)測(cè)管段負(fù)壓波到達(dá)進(jìn)口和出口的時(shí)間差，在根據(jù)目標(biāo)管段的長度、波速和負(fù)壓波到達(dá) 進(jìn)口和出口的時(shí)間差，獲得泄漏點(diǎn)位于目標(biāo)管段的位置；
[0014] 用于根據(jù)目標(biāo)管段的歷史數(shù)據(jù)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，確定目標(biāo)管段中壓力波衰 減率；
[0015] 用于根據(jù)獲得的目標(biāo)管段中壓力波衰減率，獲得目標(biāo)管段泄漏點(diǎn)的壓降，進(jìn)而獲 得該泄漏點(diǎn)的孔徑；
[0016] 用于采用無量綱化處理法獲取目標(biāo)管段的泄漏量，并將泄漏量，泄漏點(diǎn)位置和泄 漏時(shí)間在上位機(jī)中進(jìn)行顯示，提示工作人員。
[0017] 采用基于無量綱的成品油管道泄漏量估計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行的估計(jì)方法，包括以下步驟：
[0018] 步驟1、確定管網(wǎng)中每個(gè)閥門和栗的初始狀態(tài)，即開通或關(guān)閉，并根據(jù)閥門和栗的 初始狀態(tài)及壓力傳感器陣列，構(gòu)建管網(wǎng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖并獲得管網(wǎng)的壓力變化曲線；
[0019] 步驟2、采用信號(hào)采集器采集目標(biāo)管段進(jìn)口壓力、目標(biāo)管段出口處的壓力、目標(biāo)管 段進(jìn)口流量、目標(biāo)管段出口流量、介質(zhì)溫度和介質(zhì)密度，并對(duì)采集的各類信號(hào)進(jìn)行歸一化處 理，并發(fā)送至三階有源濾波器中進(jìn)行濾波，再發(fā)送至中央處理單元中；
[0020] 步驟3、采用中央處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)并發(fā)送至上位機(jī)中；
[0021] 步驟4、采用上位機(jī)判斷目標(biāo)管段進(jìn)口與出口的流量差值，判斷流量差值是否達(dá)到 設(shè)定閾值，若是，則執(zhí)行步驟5 ;否則，返回執(zhí)行步驟4 ;
[0022] 步驟5、查詢目標(biāo)管段的歷史工況情況，判斷該監(jiān)控站歷史工況情況中是否存在開 閥、關(guān)閥、開栗和停栗的操作，若是，則為誤報(bào)警，否則，執(zhí)行步驟6 ;
[0023] 步驟6、查詢整條管道的歷史工況情況，并確定其他監(jiān)控站的工況操作是否影響報(bào) 警監(jiān)控站的流量差值，若是，則為誤報(bào)警，否則，執(zhí)行步驟7 ;
[0024] 步驟7、采用上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)管段進(jìn)口壓力、目標(biāo)管段出口處的壓力、目標(biāo)管 段進(jìn)口流量、目標(biāo)管段出口流量、介質(zhì)溫度和介質(zhì)密度，并求解目標(biāo)管段的介質(zhì)平均溫度和 介質(zhì)平均密度，根據(jù)介質(zhì)平均溫度和介質(zhì)平均密度獲得目標(biāo)管段內(nèi)負(fù)壓波波速；
[0025] 步驟8、上位機(jī)根據(jù)目標(biāo)管段的進(jìn)口壓力和出口壓力，采用小波理論確定管道泄漏 發(fā)生時(shí)，被監(jiān)測(cè)管段負(fù)壓波到達(dá)進(jìn)口和出口的時(shí)間差，在根據(jù)目標(biāo)管段的長度、波速和負(fù)壓 波到達(dá)進(jìn)口和出口的時(shí)間差，獲得泄漏點(diǎn)的位于目標(biāo)管段的位置；
[0026] 步驟9、根據(jù)目標(biāo)管段的歷史數(shù)據(jù)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，確定目標(biāo)管段中壓力波 衰減率，具體步驟如下：
[0027]步驟9-1、將目標(biāo)管段的進(jìn)口正常壓力值、目標(biāo)管段的出口正常壓力值、目標(biāo)管段 的進(jìn)口出現(xiàn)泄漏事故后的壓力值、目標(biāo)管段的出口出現(xiàn)泄漏事故后的壓力值、目標(biāo)管段的 進(jìn)口正常流量值、目標(biāo)管段的出口正常流量值、目標(biāo)管段的進(jìn)口出現(xiàn)泄漏事故后的流量值、 目標(biāo)管段的出口出現(xiàn)泄漏事故后的流量值、泄漏點(diǎn)距離進(jìn)口的距離、管道介質(zhì)的黏度、管道 介質(zhì)的密度，雷諾數(shù)和管道的直徑作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，將目標(biāo)管段進(jìn)口和出口的壓力 波衰減率作為輸出進(jìn)行訓(xùn)練；
[0028]步驟9-2、將實(shí)時(shí)采集的目標(biāo)管段進(jìn)口壓力、目標(biāo)管段出口處的壓力、目標(biāo)管段進(jìn) 口流量、目標(biāo)管段出口流量、介質(zhì)溫度和介質(zhì)密度作為訓(xùn)練好后BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，獲得 目標(biāo)管段中壓力波衰減率；
[0029] 步驟10、根據(jù)獲得的目標(biāo)管段中壓力波衰減率，獲得目標(biāo)管段泄漏點(diǎn)的壓降和泄 漏點(diǎn)壓力，進(jìn)而獲得該泄漏點(diǎn)的孔徑；
[0030] 步驟11、采用無量綱化處理法來獲取目標(biāo)管段的泄漏量，具體步驟如下：
[0031] 步驟11-1、根據(jù)目標(biāo)管段的歷史數(shù)據(jù)，采用非線性回歸擬合的方法，構(gòu)建介質(zhì)密 度、介質(zhì)黏度、泄漏點(diǎn)壓力、介質(zhì)實(shí)時(shí)溫度、瞬時(shí)泄漏量和泄漏孔徑六個(gè)物理量之間的函數(shù) 關(guān)系；
[0032] 步驟11-2、在介質(zhì)密度、介質(zhì)黏度、泄漏點(diǎn)壓力、介質(zhì)實(shí)時(shí)溫度和泄漏孔徑五個(gè)物 理量中隨機(jī)選取四個(gè)物理量作為基本量，將另一個(gè)物理量和瞬時(shí)泄漏量作為循環(huán)量；
[0033] 步驟11-3、構(gòu)建兩個(gè)循環(huán)量分別與四個(gè)基本量的函數(shù)關(guān)系；
[0034] 步驟11-4、將兩個(gè)循環(huán)量分別與四個(gè)基本量的函數(shù)關(guān)系代入六個(gè)物理量之間的函 數(shù)關(guān)系中，獲得成品油管道泄漏時(shí)的泄漏量模型；
[0035] 步驟11-5、將實(shí)時(shí)采集的介質(zhì)密度、介質(zhì)黏度、泄漏點(diǎn)壓力、介質(zhì)實(shí)時(shí)溫度和泄漏 孔徑代入泄漏量模型中，獲得泄漏量，并確定該管道上由入口到出口方向前3個(gè)監(jiān)控站內(nèi) 的出口壓降，依次計(jì)算上述出口壓降與報(bào)警站入口壓降的比值，作為泄漏量的置信度，或確 定該管道上由出口到入口方向的前3個(gè)監(jiān)控站內(nèi)的入口壓降，依次計(jì)算上述入口壓降與報(bào) 警站出口壓降的比值，作為泄漏量的置信度；
[0036] 步驟11-6、判斷泄漏量置信度是否均在設(shè)定范圍內(nèi)，若是，則執(zhí)行步驟11-7,否 貝1J，返回執(zhí)行步驟11-2;
[0037] 步驟11-7、獲得目標(biāo)管段的泄漏量；
[0038] 步驟12、將泄漏量、泄漏點(diǎn)位置和泄漏時(shí)間在上位機(jī)中進(jìn)行顯示，提示工作人員。
[0039] 步驟11-1所述的六個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，具體公式如下：
[0040]
[0041] 其中，處朽7,0，幻表示六個(gè)物理量之間的函數(shù)，P表示介質(zhì)密度，雜表示介 質(zhì)黏度，P表示泄漏點(diǎn)壓力，T表示介質(zhì)實(shí)時(shí)溫度，Q為成品油管道泄漏的瞬時(shí)泄漏量，d表 示泄漏孔徑，a、b、c、d、e、f、g、p、q表示返回?cái)M合后的待定系數(shù)。<