燃气管道三色泄漏报警及定位系统
2012-4-11张甫仁 李百战
摘要:以管道两端的实时数据为基础,以双向同步仿真为手段,提出并探讨了燃气管道三色泄漏报警及定位系统。介绍了系统的原理和结构,分析了各部分的功能。
关键词:燃气泄漏报警;泄漏定位;仿真;误报排除;三色报警
Three Color Alarm and Location System for Gas Pipeline Leak
ZHANG Furen,LI Baizhan
AbstractBased on the actual data at two ends of pipeline,and taking the synchronous simulation as method.a three color alarm and location system for gas pipeline leak is put froward and discused.The principle and structure of the system are introduced,and the functions of each part are analyzed.
Key wordsgas leak alarm;leak location;simulation;false alarm elimination;three color alarm
1 概述
   泄漏位置的确定[1~7]是预防和控制燃气事故、评定燃气泄漏事故后果的前提和基础,也是目前燃气储运安全领域研究的重点。在气体管道泄漏研究方面,目前国际上已有的检测和定位方法可分为基于硬件的方法和基于软硬件相结合的方法。基于硬件的方法只能间断运行,实时性差,造价很高;而基于软硬件相结合的方法能连续实时运行,适应性强,安装简单,目前的研究主要集中于此,其中的压力点分析法应用较广[8]。然而压力点分析法难以区分泄漏与扰动造成的压力变化,从而使误报成为该方法最致命的缺陷。因此,高精度的泄漏报警及定位方法及相应系统的研发尤为迫切。本文以压力分析为出发点,提出了基于双向仿真的燃气管道三色泄漏报警及定位系统。三色泄漏报警及定位系统模型见图1。

2 燃气管道三色泄漏报警及定位系统
    ① 燃气管道泄漏报警及定位的原理
    当管道没有发生泄漏时,将管道两端的智能设备采集到的压力或流量信号值输入数学模型中进行计算仿真,得到没有泄漏时的仿真曲线。假设压力沿管道线性变化,则没有泄漏时的沿线压力变化近似为一条直线,见图2中的直线1。而当管道泄漏失效时,在泄漏点前后压差的作用下,两端的流体会迅速向泄漏点处补充,必然引起管道首末两端监测点处压力和流量发生变化。分别对两端同时采集到的压力进行仿真(由首端到末端的仿真和由末端到首端的仿真),得到曲线2和3(见图2),这两条曲线势必会有一个交点,该交点对应的管道位置就是理论上的泄漏点 [9~11]
 

   ② 三色泄漏报警系统[10]
   a. 黄色泄漏报警
   当管道发生泄漏时,泄漏点处由于管内外存在压差,燃气迅速外泄,压力下降,泄漏点附近的燃气在压差的作用下向泄漏点处补充,这一过程依次向上下游传递。为了能够在最短的时间内发现泄漏,利用智能数据采集模块和数传电台同时对管道两端的数据进行实时采集,对比前后两时刻首末端的压力,如果差值较大,则发出黄色泄漏报警。
   b. 橙色泄漏报警及误报排除
   为确保报警精度及排除误报,将发出黄色泄漏报警时刻的首末端的压力分别作为初始条件对管道进行双向仿真,分别得到管道的压力曲线2、3,见图2。如果曲线2和曲线3首末端的压力相对误差均较大,不在仿真允许误差范围之内,则发出橙色泄漏报警。反之,如果相对误差较小,在仿真允许误差范围之内,则认为此时的压力变化是由管道输送流量或用气量发生变化造成的,可以解除泄漏报警。
    c. 红色泄漏报警及误报排除
    为了进一步提高报警的准确性,排除误报,必须调用下一时刻参数分别进行管道首末端的双向仿真。如果两条仿真曲线首末端的压力相对误差均较大,不在仿真允许误差范围之内,则发出红色泄漏报警,即确定泄漏事故发生。反之,则取消泄漏报警。
    ③ 泄漏定位
   仿真压力曲线2和3的交点为泄漏点,具体泄漏位置的确定,可根据管网网格化点进行分析计算。
   ④ 系统的结构
   该系统主要包括数据采集器、报警器、控制器和各种传感器。在燃气输送管道的两端安装压力传感器和流量传感器,均通过数据采集器接入控制器。控制器的指令输出端与声光报警器连接,并分别设有初级报警、二级报警和终级报警,即黄色泄漏报警、橙色泄漏报警、红色泄漏报警。
    燃气管道三色泄漏报警及定位系统由下位机硬件系统和上位机软件系统两部分组成。为使整个系统有效运行,需要硬件系统与软件系统有机结合。上位机为工控计算机,下位机为分布于输气管道各点对信号进行采集传输的数据采集器和传感器。上位机与下位机之间通过串口进行通信。
    上位机向下位机发送采集命令,下位机实现对压力和流量数据的采集,并通过串口传输给上位机。上位机对采集的信号以数表的形式进行实时记录与显示,并通过程序将数据记录到数据库中,方便了其他程序对这些数据的调用。
   ⑤ 数据采集系统
   数据采集系统可以通过对模拟量和开关量的采集,实时监测现场设备的运行情况和环境状况。通过RS232串行通信接口将采集的数据远传至机房监控中心,通过工控软件(组态王等)实时生成采集的数据曲线和系统的状态信息,使机房工作人员能够通过上位机直接监测,并可输出需要的模拟量来控制现场设备,使其正常运行。模拟量的输出由上位机控制,输出范围为4~20mA。
   数据采集系统通过管道上安装的传感器,利用KL-W8000数据采集器通过GPRS或其他传输方式将报警信息集中传送到监控中心。利用KLV2000系列专用监控软件对报警信息进行集中处理和管理,及时产生现场声光报警,并记录报警信息。
3 结论
   ① 燃气管道三色泄漏报警及定位系统通过对燃气管道两端采集到的参数进行双向同步仿真,实现了泄漏定位,并在此基础上开发出三色泄漏报警及定位系统。在保证泄漏定位准确性的同时,极大降低了泄漏报警误报率。
   ② 燃气管道三色泄漏报警及定位系统只需要在市政干管分支点处安装智能传感器,便可实现对当地燃气参数的有效采集,可实现泄漏报警与定位。具有施工量小、成本低以及安装维护方便等特点,易于广泛使用。
燃气管道三色泄漏报警及定位系统兼具硬件系统与软件系统的优点,与完全的硬件系统相比,在保证结果合理性的同时降低了造价。
参考文献:
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(本文作者:张甫仁1、2 李百战1 1.重庆大学 三峡库区生态环境教育部重点实验室 重庆 400045;2.重庆交通大学 机电与汽车工程学院 重庆 400074)

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