南京市特种设备安全监督检验研究院 江苏省南京市 210019
摘要：本文描述了一种电梯多功能应急报警通讯系统，包括报警按钮检测触发模块，通讯信号检测模块，困人自动识别检测模块，控制模块，无线语音通讯模块和电源模块；困人自动识别检测模块包括人体探测传感器、门状态传感器、楼层传感器以及若干光电隔离器，所述人体探测传感器、门状态传感器和楼层传感器经光电隔离器与控制模块连接，所述警报按钮检测触发模块、通讯信号检测模块和无线语音通讯模块均与控制模块连接，电源模块供电，控制模块判断电梯处于困人状态时，触发电梯报警按钮，当通讯信号检测模块未检测到电梯紧急通话装置接通时，控制模块给无线语音通讯模块发出控制指令，从而启动无线语音通讯模块，自动建立有效的远程无线通讯，确保报警得到有效的响应，减少电梯发生故障或困人的时间。
关键词：电梯；多功能；应急报警
一、背景
随着城市化进程的加速，我国电梯的拥有量与日俱增，电梯已经成为和居民日常生活关系非常密切的设备之一。由于电梯本身特性、环境和维护保养质量等诸多原因，电梯时常发生故障和困人现象。目前电梯里普遍安装了电梯紧急通话装置，当乘客被困电梯后，按下报警按钮，电梯紧急通话装置就实现与物业值守人员的对话，使得报警信息传递出来，而目前很多物业无人值守，通过电梯紧急通话装置无法联系值守人员。电梯发生故障和困人时，如何使被困乘客的报警信息快速、有效的传递出来，使电梯报警及时有效得到响应，也成为了电梯安全管理中迫切需要解决的问题。
二、系统概括
本系统采取的技术方案如图1所示，具体为：一种电梯多功能应急报警通讯系统，与电梯紧急通话装置配合使用，包括：报警按钮检测触发模块，用于被控触发报警按钮和检测电梯紧急通话装置中报警按钮的操作信号；通讯信号检测模块，用于检测电梯紧急通话装置通讯线路中的信号；困人自动识别检测模块，用于检测电梯是否处于困人状态，其包括安装于轿厢内的人体探测传感器、安装在轿门上的门状态传感器、安装于井道的楼层传感器以及若干光电隔离器，所述人体探测传感器经光电隔离器与控制模块连接，所述门状态传感器经光电隔离器与控制模块连接，所述楼层传感器经光电隔离器与控制模块连接。
图1 系统结构示意框图
三、模块介绍
1、电源模块
电梯控制模块上设置了看门狗电路。电源模块与报警按钮检测触发模块、通讯信号检测模块、困人自动识别检测模块和控制模块连接，用于给报警按钮检测触发模块、通讯信号检测模块、困人自动识别检测模块和控制模块供电。
2、控制模块
用于接收报警按钮的操作信号和通讯线路的通讯信号，根据操作信号和通讯信号判断电梯紧急通话装置的工作状态，给无线语音通讯模块发出控制指令；同时，实时接收人体探测传感器采集的人体信号、门状态传感器采集的轿门开关信号以及楼层传感器采集的楼层信号，并结合人体信号、轿门开关信号和楼层信号来判断电梯是否处于困人状态，并给无线语音通讯模块发出控制指令。
3、无线语音通讯模块
无线语音通讯模块包括无线通讯模块、语音采集装置和语音播放装置，所述语音采集装置和语音播放装置与无线通讯模块连接。所述无线通讯模块为3G无线通讯模块或4G无线通讯模块；所述语音采集装置采用麦克风或者送话器，所述语音播放装置采用扬声器；所述人体探测传感器采用红外传感器，所述门状态传感器采用光电传感器，所述的楼层传感器采用光电传感器。
如图2，所述无线通讯模块包括SIM接口、通讯接口、语音输入输出接口、存储器、射频发射接收单元和微处理器，其中，所述SIM卡槽接口、通讯接口、语音输入输出接口、存储器、射频发射接收单元均与微处理器连接，控制模块给微处理器传输控制指令。
尼日尔原油管道泄漏检测系统研究
张 斌
中国石油国际勘探开发有限公司 北京 100034
摘要：原油泄漏是长输原油管道最常见的事故之一，本文分析了国内外原油泄漏检测方法及应用情况，并结合尼日尔原油管道特点，提出了尼日尔原油管道泄漏检测系统实施方案。
关键词：原油管道；泄漏检测；负压波法；流量平衡法
一、前言
长输原油管道一旦发生泄漏，不仅造成巨大经济损失，还会严重环境污染，因而会对管道企业造成极大的负面影响。
尼日尔原油管道建成于2011年，随着管道运行年限增长和资源国对环境保护问题日益重视，以及国际环保事故严重后果的警示，为尼日尔管道设置泄漏检测系统势在必行，从而及早发现、定位并预警泄漏，减小泄漏事故产生的后果和影响。
二、原油管道泄漏检测方法及应用分析
1. 检测方法分析
原油管道泄漏检测方法可分为直接法（实时性差，且需耗费大量的人力物力）和间接法。间接方法又分为外部方法（如光纤预警法、化学电缆法、声波法）和内部方法。国内外应用最多的是内部方法，依靠管道内介质流体流动参数进行判断，主要有统计分析法、质量平衡法、负压波法、瞬态模型法、音波法等。
（1）质量平衡法
该方法基于管道流体流动的质量守恒关系，当管道泄漏达到一定程度时，入口与出口就形成明显的流量差。该方法可靠性较高，但精度不高，也不能确定泄漏点的位置。德国TAL原油管道安装使用了该系统，日本《石油管道事业法》中也规定使用这种检漏系统，并规定30s中检测到80L以上泄漏量时报警。
（2）负压波法
管道发生泄漏时，泄漏处压力突降，产生负压波动，通过负压波信息和计算判断泄漏的发生并计算出泄漏点的位置。前苏联从20世纪70年代开始研究使用负压波检漏系统，使输油管线泄漏减少88%。负压波法具有响应速度快、定位精度高的特点，能够在3min内检测到突发性较大泄漏，但是对于缓慢增大的腐蚀渗漏不敏感。
负压波法定位公式：
式中：X —泄漏点距首端距离，m
L —管道全长，m
a —管道介质中压力波速度，m/s
△t —上、下游接收压力波的时间差，s
（3）音波法
音波法是将泄漏时产生的噪声作为信号源，由传感器拾取该信号，以确定泄漏的位置和程度。管道内部移动传感器的检测实施需要管道分段停运，且定位误差较大，特别是泄漏口形状对泄漏声波特征影响较大，因此该方法难以确定泄漏的程度。
（4）实时模型法
实时模型法是根据瞬变流的水力和热力模型结合流体的速度、压力、密度及黏度等参数变化，建立管道实时模型，在一定边界条件下求解管内流场得到计算值，与实测值相比较偏差大于一定范围时，即认为发生泄漏。泄漏定位使用稳态模型，根据管道压力梯度变化确定泄漏点位置。
（5）统计分析法
统计分析法是根据管道出入口的流量和压力，连续计算压力和流量之间关系的变化。泄漏发生时，通过分析实测压力、流量，连续计算发生泄漏的概率，并利用相应算法进行泄漏点定位。该方法优点是原理简单、维护方便，具有在线学习能力，可以适应管道参数的变化。缺点在于检漏精度受仪表精度影响比较大，定位精度较差。
2. 管道泄漏检测系统应用分析
美英法等西方国家自上世纪 70 年代就开始在油气管道上安装泄漏检测系统，其中以英国 ESI 公司、ATOMS 检漏系统、美国Leaknet 等最具代表性。美国管道与危险物安全管理局（PHMSA）研究报告指出，从2011年1月1日至2012年7月7日，美国液体管道泄漏事件，泄漏检测系统报警17次（共86次泄漏），SCADA系统发现43次（共152次泄漏），不如巡线人员或公众报告的多。
我国研究起步较晚，国内有部分管道设有基于质量平衡法、统计分析法、负压波法等方法的泄漏检测系统，已有较丰富的应用经验，技术成熟，但效果一直不太理想。一项对2008年1月至2013年11月国内部分输油管道漏油事件的统计发现，76次泄漏事件中，有报警信息32起（约42%），无报警信息44起。对于焊缝开裂25次，系统报警仅5次（约20%）；打孔盗油48次，报警26次（约54%）。
表1总结了常见方法及其应用情况和特点。可见，由于管道输送介质、所处环境、泄漏形式以及管道设备性能的多样性，使得目前还没有一种通用的方法能够完全满足不同管道泄漏检测的需求。因此，应根据具体管道需求，制定适合的泄漏检测系统实施方案。
表1 泄漏检测方法对比总结
方法应用情况技术特点
质量平衡法美国、意大利管道；
国内管道1、受限于仪表精度；
2、不能定位；
3、响应时间30~40分钟；
4、泄漏量：1~3%额定流量。
实时模型法主欧洲管道1、模型复杂，响应时间40分钟；
2、定位±1.2公里；
3、泄漏量：1%额定流量。
统计分析法国内外少量应用1、响应时间40分钟；
2、定位±1.2公里；
3、泄漏量：1%额定流量。
音波法北美及欧洲1、需安装专用传感器；
2、响应时间约3min；
3、定位±200~500m；
4、误报率较低，泄漏量：约0.5%流量以上，无法进行泄漏量的计算；
5、波长短，起始时间判定相对容易。
负压波法国内应用较多1、突发较大泄漏；
2、响应时间约3min；
3.定位±500~600m；
4、误报率相对高，泄漏量：约0.75%流量以上，无法进行泄漏量的计算；
5、波长长，下降沿不容易精确判定；
7、直观、简单、易人工干预。
三、尼日尔原油管道泄漏检测系统实施方案
1. 尼日尔管道基本情况及系统要求
尼日尔管道起点Agadem油田，终点Zinder炼厂，管道全长455.6公里，设计压力10MPa，管道全线采用SCADA系统进行监控和数据采集，全线站场及仪表设备设置见表2。首末站分别依托油田和炼厂供电，中间站均采用柴油自发电，阀室无电源供应。管道沿线地形较为平坦，无较大起伏落差，沿线第三方施工等作业活动极少。
表2 尼日尔管道站场仪表设置
站场位置仪表距离
（km）
压力表流量计温度计
首站进/出站有有有0
1#阀室进/出站无无无42
1#站进站有无有85
出站有无有
2#阀室进/出站无无无123
2#站进站有无有162
出站有无有
3#阀室进/出站无无无201
3#站进站有无有240
出站有无有
4#阀室进/出站无无无271
4#站进站有无有317
出站有无有
5#阀室进/出站无无无348
5#站进站有无有387
出站有无有
6#阀室进/出站无无无419
末站进站有有有455.6
由于尼日尔原油管道设置泄漏检测系统的主要目的是及时发现泄漏、减少泄漏造成的后果。因此，系统要重点突出以下技术指标：
（1）响应时间短，以便能立刻采取措施，减少泄漏及后果。
（2）检测精度高，能够发现较小流量泄漏。
（3）定位精度高，以尽快到达现场维修，减少开挖作业，节省时间。
（4）误报率和漏报率低。
（5）性价比高，在满足基本要求前提下，尽可能减少投资。
此外，还需适当考虑系统易维护性、适应性等指标。
2. 推荐方案
鉴于尼日尔管道各站已有精度符合要求的压力仪表（Rosemount 3051TG，精度0.075%），首、末站安装有流量计（Daniel 3804，精度0.2%），且全线采用SCADA系统实现实时监控与数据采集，综合各检测方法技术特点、发展水平、应用情况以及软硬件要求，宜采用基于负压波法的检漏系统，但考虑到负压波法的缺点，因此，建议与质量平衡法结合使用，即“基于负压波法+质量平衡法的泄漏检测系统”。该方案的优点是技术成熟，且能够充分利用管道现有设备，在投入最少硬件和施工量前提下满足技术经济要求。该系统主要性能指标综合评价如下：
（1）响应时间短，仅需约3min；
（2）检测精度精度较高，可检测出低于1%管道输量的泄漏及泄漏量；
（3）定位精度较高，可达1%管段长度（≦1km）；
（4）费用较低、实施周期短。
通过提升软件性能，结合管道运行调度和专业人员分析判断，可大大降低误报率和漏报率。
四、结论
本文分析了输油管道常用泄漏检测方法及应用情况，结合尼日尔管道实际需求，提出了尼日尔原油管道泄漏检测系统应重点关注的技术指标。
结合尼日尔管道现状，综合分析提出了基于负压波法+质量平衡法的尼日尔管道泄漏检测系统方案，为系统的选择及实施提供了坚实基础。
目前，尼日尔管道基于该研究推荐方案已完成泄漏检测系统的实施。
参考文献：
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[2]Shen Tian，etc. A study on a real-time leak detection method for pressurized liquid refrigerant pipeline based on pressure and flow rate. Applied Thermal Engineering，95（2016）462–470
[3]郭文辉，曾宪云. 管道泄漏检测技术.工业安全与环保.2007，33（2）
论文作者:梁秉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/11
标签：管道论文; 尼日尔论文; 模块论文; 电梯论文; 传感器论文; 困人论文; 通讯论文; 《防护工程》2018年第30期论文;