人工智能型的管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在克－烏成品油管道的應用研究（下
4 系統(tǒng)測試結果
在正常輸油和系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件下，選擇不易報警的下游段管道作為測試段，采用現(xiàn)場放油的方法對《HKH系列管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)》的性能和特點進行實際檢驗。在全過程系統(tǒng)處于全自動無人干預的狀態(tài)。
4.1輸單品種油時測試數(shù)據(jù)
表一 2004年10月25日距703站135km處放油現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表
序號 時：分 輸油量m3/h 放油量m3/h 放油速度% 報警情況 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)場紀錄，測試時輸送的油品是柴油，管道中沒有混油頭。每次放油報警相應時間均小于3分鐘。
4.2. 管道中有混油頭時現(xiàn)場放油測試數(shù)據(jù)
2005年9月25日，在管道中有汽頂柴混油頭的情況下，再一次進行了測試。
表二 管道中有混油頭時現(xiàn)場放油測試數(shù)據(jù)表
放油地點 放油時間2005年9月25日 輸油量m3/h 放油速度m3/h （放油量/輸油量）×100% 報警位置距克首站km 響應時間min
自動記錄 現(xiàn)場測量 自動記錄 現(xiàn)場測量
10號閥池 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
表二自動記錄是系統(tǒng)報警記錄中的數(shù)值，該值是管道兩端流量計差值變化的累計量，它反映的是可檢測信號的數(shù)值；現(xiàn)場測量是放油時現(xiàn)場流量計的計量值，它是現(xiàn)場放油的實際值；
4.3數(shù)據(jù)分析
現(xiàn)場數(shù)據(jù)和監(jiān)測系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)都是可靠的。但管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)記錄的泄漏數(shù)據(jù)遠小于現(xiàn)場記錄的數(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
當管道泄漏發(fā)生時，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，這一階段時間長度計為Tf，流體的瞬時泄漏速度記為Qf；
隨著管道收縮和管內(nèi)油品壓力降低體積膨脹，導致Qf大于監(jiān)測系統(tǒng)記錄的泄漏速度Qd?，F(xiàn)場泄漏速度為最低，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，導致了泄漏速度的增大。此時，盡管還有波動，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；
這三個階段是泄漏過渡階段。先是現(xiàn)場有了泄漏Qf，而監(jiān)測點的泄漏為0，隨后監(jiān)測系統(tǒng)開始檢測到泄漏速度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，管道逐步開始進入一個新的穩(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；
隨著關放油閥，泄漏點壓力突然上升，現(xiàn)場沒有流量了，監(jiān)測系統(tǒng)還會有流量?，F(xiàn)場流量計停止運行了同一個Tf時間后，Qd才結束。此后管道進入壓力上升，流量的過充裝階段。但現(xiàn)場流量計和監(jiān)測系統(tǒng)都未能記錄這種充裝量。
從上面分析可知，在泄漏未到達穩(wěn)定狀態(tài)之前，始終有Qf＞Qd。如果開孔放油時間還未到達穩(wěn)定階段就關上了閥門，其結果必然是現(xiàn)場放油量大于監(jiān)測點統(tǒng)計的量。可見，短時間放油，現(xiàn)場泄漏多，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間？這個問題很復雜。有人做過計算③，在一條成品油管道發(fā)生0.5％泄漏時，距泄漏點80km的監(jiān)測點上首波壓降300Pa，480秒后大約又下降了10倍，達3kPa?？梢姡瑝毫ο陆颠€處在過渡階段。
4.3.2關于系統(tǒng)靈敏度
不可測量的參數(shù)無法評論其數(shù)值指標。就管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)而言，衡量系統(tǒng)靈敏度指標的正確數(shù)據(jù)只能以來自系統(tǒng)監(jiān)測點上的信號為依據(jù)。
從表二自動記錄數(shù)據(jù)欄可以看到，系統(tǒng)在泄漏0.19％下仍能正常報警。不難得出結論，如果不是因為混油頭經(jīng)過泵站帶來的波動影響和人工測試放油等間隔連續(xù)性造成的管道工作不平穩(wěn)，對于一般管道穿孔發(fā)生的泄漏和打孔盜油造成的泄漏而言，系統(tǒng)漏報是不可能的，而且靈敏度遠優(yōu)于國外領先產(chǎn)品0.5％的技術指標，系統(tǒng)的可靠性是可以信賴的。
在真實的管道泄漏中，無論自然泄漏還是人工開孔盜油，一般泄漏都會進入穩(wěn)定泄漏階段，此時，有Qf＝Qd。所以，實際泄漏發(fā)生時，泄漏速度和系統(tǒng)監(jiān)測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現(xiàn)場放油曲線圖
4.4. 放油過程曲線解讀
放油過程在圖三中必然對應一小段下凹的曲線。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個下凹的曲線段，實際只放了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)過泵站時形成的。
圖三中，1、4、5、6、7是放油報警過程曲線，2、3和8、9、10是未報警的放油曲線。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，到放油開始時，余波還在。未報警的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，管道這種較長周期的振蕩已經(jīng)形成，這給后面放油識別造成了直接困難。
5.克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)性能綜合評價
5.1系統(tǒng)性能優(yōu)于預想效果
測試已經(jīng)證明，系統(tǒng)模型高度智能化，靈敏度達到了0.2％，完全自動化運行，無需人的干預，真正實現(xiàn)無人值守。從上面的放油數(shù)據(jù)和曲線我們看到，在管道壓力變化復雜的背景下保持高靈敏度的同時，能夠識別人工操作和管道異常波動，抑制誤報警?？耍瓰醭善酚凸艿佬孤┍O(jiān)測系統(tǒng)性能優(yōu)于預想效果。
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，沒有誤報警，但在靈敏度達到0.2％時仍有一半的放油過程沒有報警，后兩次的定位重復性也不好，有待今后改進。
6、結 論
為解決克烏成品油管道泄漏監(jiān)測問題，我們采用了《HKH系列管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)》，設計了專門模糊神經(jīng)網(wǎng)絡。經(jīng)過調(diào)試，在系統(tǒng)工作正常的情況下進行了實際泄放試驗，分析了試驗數(shù)據(jù)和圖像，證明了這確實是適合我們需要的管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。和其他同類技術相比，它具有靈敏度高、響應快、誤報少、定位準、功能全、智能化程度高、不需要人工設置參數(shù)等諸多優(yōu)點，滿足克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測的需求，試驗結果達到了預期的目的。
在正常輸油和系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件下，選擇不易報警的下游段管道作為測試段，采用現(xiàn)場放油的方法對《HKH系列管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)》的性能和特點進行實際檢驗。在全過程系統(tǒng)處于全自動無人干預的狀態(tài)。
4.1輸單品種油時測試數(shù)據(jù)
表一 2004年10月25日距703站135km處放油現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表
序號 時：分 輸油量m3/h 放油量m3/h 放油速度% 報警情況 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)場紀錄，測試時輸送的油品是柴油，管道中沒有混油頭。每次放油報警相應時間均小于3分鐘。
4.2. 管道中有混油頭時現(xiàn)場放油測試數(shù)據(jù)
2005年9月25日，在管道中有汽頂柴混油頭的情況下，再一次進行了測試。
表二 管道中有混油頭時現(xiàn)場放油測試數(shù)據(jù)表
放油地點 放油時間2005年9月25日 輸油量m3/h 放油速度m3/h （放油量/輸油量）×100% 報警位置距克首站km 響應時間min
自動記錄 現(xiàn)場測量 自動記錄 現(xiàn)場測量
10號閥池 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
表二自動記錄是系統(tǒng)報警記錄中的數(shù)值，該值是管道兩端流量計差值變化的累計量，它反映的是可檢測信號的數(shù)值；現(xiàn)場測量是放油時現(xiàn)場流量計的計量值，它是現(xiàn)場放油的實際值；
4.3數(shù)據(jù)分析
現(xiàn)場數(shù)據(jù)和監(jiān)測系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)都是可靠的。但管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)記錄的泄漏數(shù)據(jù)遠小于現(xiàn)場記錄的數(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
當管道泄漏發(fā)生時，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，這一階段時間長度計為Tf，流體的瞬時泄漏速度記為Qf；
隨著管道收縮和管內(nèi)油品壓力降低體積膨脹，導致Qf大于監(jiān)測系統(tǒng)記錄的泄漏速度Qd?，F(xiàn)場泄漏速度為最低，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，導致了泄漏速度的增大。此時，盡管還有波動，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；
這三個階段是泄漏過渡階段。先是現(xiàn)場有了泄漏Qf，而監(jiān)測點的泄漏為0，隨后監(jiān)測系統(tǒng)開始檢測到泄漏速度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，管道逐步開始進入一個新的穩(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；
隨著關放油閥，泄漏點壓力突然上升，現(xiàn)場沒有流量了，監(jiān)測系統(tǒng)還會有流量?，F(xiàn)場流量計停止運行了同一個Tf時間后，Qd才結束。此后管道進入壓力上升，流量的過充裝階段。但現(xiàn)場流量計和監(jiān)測系統(tǒng)都未能記錄這種充裝量。
從上面分析可知，在泄漏未到達穩(wěn)定狀態(tài)之前，始終有Qf＞Qd。如果開孔放油時間還未到達穩(wěn)定階段就關上了閥門，其結果必然是現(xiàn)場放油量大于監(jiān)測點統(tǒng)計的量。可見，短時間放油，現(xiàn)場泄漏多，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間？這個問題很復雜。有人做過計算③，在一條成品油管道發(fā)生0.5％泄漏時，距泄漏點80km的監(jiān)測點上首波壓降300Pa，480秒后大約又下降了10倍，達3kPa?？梢姡瑝毫ο陆颠€處在過渡階段。
4.3.2關于系統(tǒng)靈敏度
不可測量的參數(shù)無法評論其數(shù)值指標。就管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)而言，衡量系統(tǒng)靈敏度指標的正確數(shù)據(jù)只能以來自系統(tǒng)監(jiān)測點上的信號為依據(jù)。
從表二自動記錄數(shù)據(jù)欄可以看到，系統(tǒng)在泄漏0.19％下仍能正常報警。不難得出結論，如果不是因為混油頭經(jīng)過泵站帶來的波動影響和人工測試放油等間隔連續(xù)性造成的管道工作不平穩(wěn)，對于一般管道穿孔發(fā)生的泄漏和打孔盜油造成的泄漏而言，系統(tǒng)漏報是不可能的，而且靈敏度遠優(yōu)于國外領先產(chǎn)品0.5％的技術指標，系統(tǒng)的可靠性是可以信賴的。
在真實的管道泄漏中，無論自然泄漏還是人工開孔盜油，一般泄漏都會進入穩(wěn)定泄漏階段，此時，有Qf＝Qd。所以，實際泄漏發(fā)生時，泄漏速度和系統(tǒng)監(jiān)測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現(xiàn)場放油曲線圖
4.4. 放油過程曲線解讀
放油過程在圖三中必然對應一小段下凹的曲線。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個下凹的曲線段，實際只放了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)過泵站時形成的。
圖三中，1、4、5、6、7是放油報警過程曲線，2、3和8、9、10是未報警的放油曲線。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，到放油開始時，余波還在。未報警的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，管道這種較長周期的振蕩已經(jīng)形成，這給后面放油識別造成了直接困難。
5.克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)性能綜合評價
5.1系統(tǒng)性能優(yōu)于預想效果
測試已經(jīng)證明，系統(tǒng)模型高度智能化，靈敏度達到了0.2％，完全自動化運行，無需人的干預，真正實現(xiàn)無人值守。從上面的放油數(shù)據(jù)和曲線我們看到，在管道壓力變化復雜的背景下保持高靈敏度的同時，能夠識別人工操作和管道異常波動，抑制誤報警?？耍瓰醭善酚凸艿佬孤┍O(jiān)測系統(tǒng)性能優(yōu)于預想效果。
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，沒有誤報警，但在靈敏度達到0.2％時仍有一半的放油過程沒有報警，后兩次的定位重復性也不好，有待今后改進。
6、結 論
為解決克烏成品油管道泄漏監(jiān)測問題，我們采用了《HKH系列管道泄漏監(jiān)測報警定位系統(tǒng)》，設計了專門模糊神經(jīng)網(wǎng)絡。經(jīng)過調(diào)試，在系統(tǒng)工作正常的情況下進行了實際泄放試驗，分析了試驗數(shù)據(jù)和圖像，證明了這確實是適合我們需要的管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。和其他同類技術相比，它具有靈敏度高、響應快、誤報少、定位準、功能全、智能化程度高、不需要人工設置參數(shù)等諸多優(yōu)點，滿足克－烏成品油管道泄漏監(jiān)測的需求，試驗結果達到了預期的目的。
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