华北平原上的原油管道实时监测系统设计

　　The Challenge:

　　近年来我国原油泄漏事故频仍，造成巨大经济损失和环境污染，所以需要一个能够及时发现并定位的监测系统。

　　The Solution:

　　针对原油在长距离传输过程中泄漏，导致损失的问题，天津大学基于NI LabVIEW 开发了一套实时性较好的监测系统。利用NI 硬件及LabVIEW 强大的信号处理函数，能够及时而准确地定位泄漏点。目前这套系统已经成功地应用在胜利油田和华东输油管理局等管线，并取得了可观的经济效益。

　　系统的总体构成示意图

　　原油泄漏，不仅造成了巨大的经济损失，还严重地污染了河流、泥土等自然资源。然而，在绵延几千公里的石油管道中，检测出原油泄漏的位置并非易事。我们迫切需要的是提高对石油管道的监测能力，并且及时而准确地定位泄漏发生的位置，以便限度地减少损失和污染程度。

　　当前，对于管道检测国际上已有各种成熟的技术，如压力梯度法、超声波检测法等。然而国外的现成技术不能完全适应中国原油输送的特点，而且价格昂贵。国内，天津大学等多家研究机构也在不断研发适合中国的管道监测系统。

　　基于LabVIEW 实现实时监测系统

　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是 LabVIEW 的程序模块。

　　LabVIEW 提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在 LabVIEW 中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabVIEW 的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。

　　在中国，原油泄漏的主要原因之一是人为，通常由偷油车造成。其特点是持续时间短、泄漏量较大，属于突发事故，对此，天津大学采用了负压力、流量联合等判断方法。但由于工业现场存在不可避免的电磁干扰、输油泵的振动等，因此采集到的信号序列附加了大量噪声，如何从噪声当中准确地提取出信号的特征点是定位的关键。

　　"首先，因为不同条件下的信号具有不同的特征，我们利用LabVIEW中丰富的信号处理函数对信号的特征作了深入的分析和预处理，使得系统能够针对不同的信号做出相应的处理。由于管道全线长180 公里，我们采用电话网络实现数据通信，各个子站的数据都可以实时传到中心站，线路中断能够自动重新连接。主程序每一分钟调用泄漏判断子程序，该子程序综合运用负压波法、压力梯度法和流量差法分析采集到的工况数据，判断是否有泄漏发生。"

　　简单易用、功能强大的LabVIEW 平台

　　"作为虚拟仪器开发平台，LabVIEW 在采集、分析、显示等方面显示出了强大的优势。我们综合运用了数字滤波、中值滤波、频谱分析等信号处理函数，使用起来只需连连线；小波分析软件包也为现场应用提供了很大的方便。我们仅用了两个多月就在实验室完成了全部程序的编写，并很快实现了现场调试。"目前这套系统已经成功地安装在临盘- 济南和沧州-临邑的两条管线上，并取得了不错的成绩。据统计，在胜利油田临盘- 济南管线，2001 年3、4月份，共监测到泄漏39 次，抓获盗油车辆8 辆；在沧州- 临邑管线，2001 年4、5 月份，共抓获盗油车辆17辆，发现泄漏40多处，为国家挽回经济损失数十万元。