泄露监测方案

一、方案总述

1.背景及现状

管道泄漏是危及生产安全的重大风险，一旦发生泄漏极易引发火灾、爆炸等重大伤亡事故，危及厂区生产安全及周边公共安全。

厂房内各设备之间以及连通各厂房间，存在大量的管道装置，目前尚未部署泄漏监测系统，无法做到在线实时监控，对管道泄漏的发现依赖于人工巡检，存在滞后性。

快速准确地检测管道泄漏并对泄漏点精准定位，对于降低事故的危害、维护管道安全运行及厂区安全生产具有重要意义。

2.解决方案

01 管道泄露监测

根据不同管道类型，采用负压波法、声波法、光纤检测法、质量流量平衡法等其中一种或多种方法进行泄漏监测。当管道发生泄漏时，及时报警并通知相关责任人，将事故的危害性降到最低。

02 阀门泄漏监测

• 能源安全监控系统的数据库中积累了大量的运行数据，在控制阀故障出现之前，其运行状态就体现在运行数据中。
• 利用实际运行的各装置控制阀的数据进行细节分析，并对控制阀的泄漏及故障进行智能诊断，在控制阀还没有产生故障前就通过运行状态数据预测可能出现的情况和预期的时间，同时构建控制阀数据分析与智能诊断系统，便于及时发现运行时即将发生的危险，提高整个系统的安全性。

03 温度监测

• 对需要监测的管道，沿管线安装分布式测温光纤，数据传输至能源厂房及控制中心。
• 对需要监测的设备，在测点安装温度计，数据传输至能源厂房及控制中心。
• 对需要温度监测的厂房，部署红外热成像在线测温诊断系统。

04 管道震动监测

• 通过使用光纤传感器测量管壁厚度，可以追踪并监控管道腐蚀的速度。当管道腐蚀减薄程度达到临界值时，应立即进行维护。
• 部署声发射检测系统对管道焊缝进行在线监测，实时监测焊缝的缺陷程度，在焊缝失效前做出预警，避免泄漏事故的发生。

05 支架和补偿器位移监测

• 对于室外管道的支架和补偿器，采用北斗监测。
• 对于室内管道的支架和补偿器，采用激光监测。
• 监测装置安装在需要监测的位置，数据通过无线网络接入平台。

3.实施效果

• 实现对能源厂房内外部设备和管线的安全状态监控，减少巡检人员的工作任务
• 对管道泄漏做到事前预警，事后报警

二、管道泄露监测

1.负压波法泄漏监测：

当流体输送管道因机械、人为、材料失效等原因发生泄漏时，其泄漏部分有物质损失，由此引起泄漏处的流体密度减小、压力下降。由于连续性，管道中的流体不会立即改变流速，流体在泄漏点和相邻的两片区域之间的压力差导致流体从上下游区域向泄露处填充，这就是负压波。

在管道两端安装的压力传感器可以捕捉到包含泄漏信息的负压波，由负压波的传播速度和管道首末两端压力传感器捕捉到负压波的时间差可以计算出泄漏位置。

2.声波法泄漏监测

压力管道发生泄漏时，由于内外压差较大，介质会从泄漏处冲出。当漏孔尺寸较小且雷诺数较高时，会形成湍流。湍流在漏孔附近产生一定频率的声波，声波沿管壁向上下游传播。

在管道两端安装的声波传感器可以捕捉到包含泄漏信息的声波，由声波的传播速度和管道首末两端声波传感器捕捉到泄漏声波的时间差可以计算出泄漏位置。

3.光纤法泄漏监测（测振原理）

4.光纤法泄漏监测（测温原理）

激光在光纤中向前传播时会自发产生拉曼散射光波，拉曼散射光波的强度受所在光纤散射点的温度影响而有所改变，通过获取沿光纤散射回来的背向拉曼光波，可以解调出光纤散射点的温度变化。同时，根据光纤中光波的传输速度与时间的物理关系，可以对温度信息点进行定位（OTDR）。

对于工作温度不是常温输送的管道，在发生泄漏后，低温或高温的气体扩散会使得管道泄漏部分温度发生变化。据此可以对管道泄漏进行监测与定位。

5.质量流量平衡法泄漏监测：

根据质量平衡原理，流入与流出管道的流量应该一致。根据管道出入口流量是否相等判断管道泄漏。当流入的流量大于流出的流量时，就可以知道，在出入口间有泄漏发生。

三、阀门泄漏监测

1.阀门泄漏监测

具备对11个能源站房设备约100余台套设备进行实时状态监控，通过多种算法和模型比对，建立流量阀、压力阀、PCA主成分分析等数据分析模型，追踪阀门的运行状态，并基于该结果与操作人员做查证，进一步修正与训练模型，达到通过运行状态的变化预知可能的故障情况。系统应具备对上述设备的控制阀及运行情况进行准实时状态监测（预警周期不超过20分钟），并对运行数据进行分析、存储和建模，具备设备报修、报警、维修等状态监控，系统内根据逐个设备监理档案，并给出相应图形曲线记录。此系统的数据存储周期至少为24个月，包含有控制系统光纤网络建设以及相应软件平台1套。

控制阀泄漏监测系统的设计思路就是利用现有建成的各厂房数据采集系统以及将要建设的数据采集系统数据整合后，将其中的阀门运行数据统一采用控制阀监控专利算法进行处理，进而给出系统运行的故障预警。具体设计方案将按照以下步骤进行。

• 步骤1：获取阀门数据作为训练数据，将训练数据按照不同工况进行分类，建立多种阀门模型；
• 步骤2：基于训练数据，确定不同工况下对应的阀门模型；
• 步骤3：识别当前工况，确定当前工况下对应的阀门模型；
• 步骤4：根据步骤3确定的阀门模型，预测阀门输出流量值；
• 步骤5：根据阀门实际流量值和其对应估计值，进行泄漏判断。

四、温度监测：红外监测

1.红外温度监测

红外热成像在线测温诊断系统由红外热成像测温摄像机、网络传输设备、红外热成像在线测温诊断系统平台等组成。本系统可精准地实现对目标物体的 在线式温度监测，并具备自动预警、远程控制、手动测温、趋势分析、报表管理等功能。

该系统结合图像监控、智能巡视系统，应用全球领先的红外热成像仪器及精确测温技术，实现被监测目标的热故障诊断。通过对关键目标热像特点、热成像检测区域及缺陷性质判定标准的研究，构建被监测物体状态诊断标准及智能专家诊断库，建立被监测物体的运行故障诊断模型，并借助计算机视觉、视 频图像处理与识别技术、模糊算法等，实现关键区域精确测温、各项指标自动分析诊断、专家会诊;视频实时分析与诊断;智能告警与跟踪检测;趋势分析 与预警等，实现被监测物体的安全运行状态的先知先觉，保证关键设备的正常运行。完全摆脱对于人员的依赖和测温经验的要求，实现自动无人值守的监测。

2.实时动态预警

3.红外气体泄漏监测

气体泄漏可能会造成严重的环境污染和人身安全隐患。传统气体泄漏检测方法是使用“嗅探器”技术，只能进行定点探测，但漏气点难以做到快速锁定。不能做到全面覆盖，检测人员在检测时也难以完全保证自身安全。

气体泄漏检测红外热成像仪具有不停运、高效率、远距离、大范围、动态直观的显著优势，可以快速准确对气体泄漏进行检测。

4.红外液体管道及压力容器泄漏监测

储罐内存储的液体本身与上部气体有温度差，或由于波体的挥发使上部气体混合罐内压力导致温差，这些温差传递到储罐外壳，就可以使用红外热像仪在储罐外部拍摄到液位线。(2)若储罐内的液体为常温，因为没有温差，故在环境温度恒定的情况下是无法看出液位线的;但当环境温度改变时，储罐内的液体的热容量比罐体上部空气的热容量大，在环境温度上升的过程中热容量大的液体比空气的升温慢，在罐体表面呈现出对应的空气的热容量高;在环境温度下降的下午则相反，这样就可以从罐体表面拍摄到内部存储液体的液位线。

红外热成像是检测堵塞或折断的管道以及其他管道测温相关问题的理想工具，即使将管道放置在地板下或墙壁内，也可以通过使热水流过管道来确定问题的确切位置。热量将散发出去，问题区域将在红外热图像上清晰可见，红外管道检测技术更适用于远距离运输管道测温。通过这个性质，利用热成像系统，它能够识别和定位管道的隔热隐患和传输介质的泄漏，在某些情况下，甚至可以识别和定位在地下管线的泄漏。

5.红外监测案例

五、声发射监测：焊缝+管道泄漏

1.定义

材料在受到外部载荷或者内力的作用出现变形或裂纹扩展，其内部储存的应变能快速释放产生弹性波的现象，称为声发射(Acoustic Emission,简称AE)，有时也称为应力波发射。

2.特征

3.原理

4.光纤声发射的探测老旧管道漏油及腐蚀评估

六、北斗监测：支架补偿器位移（室外）

七、激光监测：支架补偿器位移（室内）

1.测量原理

相位差原理：
激光发射器发出激光脉冲波时，记录此时激光波的相位F1，当激光波碰到物体后，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光波时，记录此时激光波的相位F2，在一定距离范围内，激光扫描器到物体的距离为“d”值，d = f (φ)。

反射板的面积必须保证反射板上的光电不会因振动而变化。标准尺寸为20cm x 20cm，同时其他尺寸可根据使用要求定制。

2.实施方案

激光测距仪固定在黑色立柱上，反光板安装在室内管道上，通过镜反射原理测量。

八、项目建设

本项目泄漏监测建设方案

选用监测方法	监测对象及效果
负压波法泄漏监测	监测液体管道的突发型泄漏
声波法泄漏监测	监测液体和气体管道的突发型泄漏
光纤法泄漏监测	监测液体、气体管道的突发型或微小缓慢泄漏，灵敏度高
阀门泄漏监测	监测阀门装置的泄漏
红外热成像监测	监测厂房的设备温度及管道泄漏，对高温/低温管道监测效果较好
声发射焊缝监测	监测管道焊缝的健康程度，在发生泄漏前可做出预警