天然气勘探与开发在最近几十年取得飞速发展，而天然气的开发和利用离不开天然气集输系统。天然气集输系统是由天然气矿场集输管网、气体的净化与加工装置、输气干线、输气支线以及各种用途的站场组成，管线中天然气的流动满足反映质量、动量和能量守恒定律的基本方程。它是一个统一的、连续的、密闭的水动力系统。这个系统中五大环节(采气、净气、输气、储气和供气)紧密联系互相制约、互相影响；如果某一环节不协调，必将影响整个系统，其中集气站则是重要的一环。 天然气的开发和利用离不开天然气集输系统，其中集气站则是重要的一环。由于天然气集气站生产的连续性、工业技术的复杂性、生产介质的易燃易爆及有毒性等特点，集气站生产的安全问题显得尤为突出。目前，集气站泄漏监控系统研究可以较大程度地借鉴于长输管线检测和监控研究，在此基础上加以改进。天然气集气站站控系统SCADA(数据采集与监视控制系统)，主要功能是对集气站各节点和元件的压力、温度、流量、液位(油水分离液位、水位)等进行监控，以保证各参数符合工艺要求，同时防止天然气水合物的形成。存在主要问题是数据采集点少，信号处理精度不高，无泄漏报警和定位，误报率高等缺点。为保证集气站的安全运行，建立独立于生产过程控制之外的安全控制系统，实时、准确地监控站场天然气泄漏，显得尤为重要。论文基于这一现实需要，对天然气集气站泄漏检测系统进行了理论和技术研究，该系统通过负压波检漏技术获取信号、虚拟仪器技术集成构建集气站场天然气泄漏检测系统，从而解决集气站泄漏检测问题。 论文做了如下几方面研究工作： 1、深入分析了天然气集气站泄漏事故的原因，在天然气管道集输过程中，常发生泄漏的部位是管道上的连接部位、焊接部位、流体的转向部位及采用填料密封部位等。通过对天然气集气站的现场调查，结合集气站发生泄漏的历史工况记录资料，找出影响天然气集气站泄漏事故的基本因素，将集气站的泄漏分为管线和非管线元件的泄漏，分别建立其事故树，其中管线泄漏的主要因素包括管线建设与管理、管线腐蚀、环境影响、以及应力腐蚀开裂等四个方面的内容；以高压加热器为非管线元件典型进行泄漏分析，包括以下方面：高压加热器启停时过大的热冲击、高压加热器疏水水位不稳定、高压加热器危急疏水调节门不严、高压进汽门不严、损坏断裂管子对周围的破坏、高压加热器振动、高压加热器给水管子泄漏、高压加热器停运时无防腐措施、制造质量差。 2、对泄漏监控系统的软件算法进行了改进，提高了监控系统的准确性。研究了瞬态负压波产生的机理、强度传播规律以及负压波泄漏检测及定位技术，并对负压波速和定位公式的修正，其目的均是为了减小误差，提高利用负压波进行泄漏点定位的准确性和可靠性。然后针对天然气集气站管网的压力变化特点，提出了基于分段累计算法的压力波数值突变预处理，并运用权值法来对每个波段进行统计处理和分层方法对整个数据序列进行重新分层，实现泄漏定位，解决了负压波法应用于集气站泄漏监测的技术问题，并进行了实例验证。针对分层方法、分段累计方法和调整工况时产生的误报警问题，本文应用结构模式识别技术，对每一个模式类别都分别建立一个上下文无关文法G(i)，作为一个标准模式对应于压力管网的一种状态(包括正常工作状态和各种故障状态)。通过模拟实验或现实数据得到的标准压力波形模式集合形成的模式空间，构成管网各种状态波形模式库，就可据此对压力管网的各种故障进行自动诊断分析。 同时，在负压波检测方法基础上，利用多尺度的小波变换处理压力信号，结合结构模式识别方面的知识解决了怎样辨别负压波产生原因的问题。泄漏监控系统先用结构模式识别方法判断管道是否有泄漏发生，如有泄漏，就可由分层法定位出发生泄漏的波段，从而找出负压波到达传感器的时间。由负压波在管道流体中的传播速度和管线首末两端压力传感器捕捉剑的压力波到达时间差，就可以找出泄漏点了。 3、在本课题中，泄漏检测软件的界面等主体部分都由在LabVIEW下编写。当程序需要对信号进行小波变换及使用遗传算法搜索泄漏点时，将会将数据放入MATLAB中，并使用其小波变换及遗传算法工具箱中的相关命令进行处理，然后将计算结果送回主程序中供其使用。在本课题的软件设计时，使用了LabVIEW程序与MATLAB互连，这样将会降低程序的运行速度。但通过这种方法，MATLAB强人的数学运算能力与其小波工具箱及遗传算法丁具箱能够得到较好的利用，较之在LabVIEW中编制小波变换及遗传算法程序，这种方法的编程效率更高，且运算的准确性也能够得到保证。泄漏点的准确判断与定位是着重追求的目标，实时性要求并不高。因此，在LabVIEW程序中调用MATLAB进行运算能够比较好地完成对管道泄漏的检测与定位任务。