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壓力變送器

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淺析壓力變送器基于壓力波法的混輸管道堵塞檢測及定位研究

作時間:2019-07-06  來源:長江大學機械工程學院  作者:付運金 吳文秀 黃遠翔
   
近年來,在經濟上迅速的發展和城市化的加快,管線運輸以其穩固的可靠性、輸送高效以及成本低等優點,已經成為企業和國家優先選擇的運輸方式之一。但隨管道運行時間的累積,管道堵塞已經成了非常常見的安全問題。尤其是在油氣水多相混輸管道中,極易形成水合物和油的凝結造成管道堵塞。因此,尋找一種對混輸管道堵塞的檢測及定位有效的、實用的方法具有非常重要的意義;诖饲闆r,通過對比管道運輸中經常使用到的幾種堵塞檢測及定位技術,非常后考慮采用壓力波法來確定判定混輸管線堵塞所在位置。
由于溫度低、結蠟等原因,輸油管道容易引發混凝、堵蠟等事故,在混輸管線清管作業過程中,管道內雜質的堆積容易造成清管器堵塞,不及時處理會造成巨大的經濟損失,F今,管道堵塞位置檢測技術主要包括鉆孔法、敲打法、應力應變測試法等,這些方法都需要對管道進行開挖、露出,并不斷測試管道的變形程度或鉆孔觀察流體狀態。此類管道檢測方法是一項工作量大、耗時長、成本高的工作,為此提出了用正壓力波法確定管道堵塞位置的方法,這種方法只需檢測管道內流體的壓力的波動,不需要開掘管線。投資少,操作簡便,能在較短時間內確定堵塞位置,具有廣闊的應用前景。
1正壓力波法堵塞檢測基本原理及定位公式
當混輸管道某處發生堵塞時,在堵塞處,混輸流體在流動過程中遇到阻礙,受壓致使阻塞處壓力持續上升,達至某種程度后,堵塞點就會與堵塞點前的管道內構成一個壓差,在該壓差的影響下,管道上游的流體會不停擴增,那么以一定速度傳播的正壓波就在混輸管道堵塞點就產生了。實踐應用證明,這種水擊波的信號在混輸管線中的傳輸距離可以達到數十公里。因此,它非常適用于油田對長混輸管線的堵塞檢測。
(1)正壓波堵塞檢測工作原理。正壓波檢測定位的原理如圖1所示,設某密閉混輸管道在P點發生了堵塞,該混輸管道在A端得到一個壓力信號,該信號就會在管道內沿著正向箭頭方向傳遞,當該壓力波信號傳遞到P點后,就會產生反射波信號,反射波信號再反向傳播到檢測點A。通過首端的壓力檢測點捕捉到兩次壓力波響應信號的時間差,再根據正壓力波在管道內的波速便可以判定管道堵塞位置,確定堵塞位置公式為式(1):
管道對壓力信號響應示意圖
(2)壓力波傳播速度的確定。由式(1)可知堵塞定位的關鍵性在于能否獲得可靠的壓力波傳播速度,按照式(2)計算,由于管材的彈性、流體的彈性、密度等因素對管內波速的計算會產生影響,以及在管道流體輸送中,流體介質因素的變化也會使負壓力波的傳播速度產生影響。因此,在應用過程中,可將混輸管道分作若干段,根據每一段實際情況的具體工作數據算出每一段的壓力波的傳播速度,這樣可以提升數據計算精度。
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(3)兩次正壓波響應的時間差的確定。在大量科學實驗分析表明,壓力變送器收集到的壓力信號的特征拐點與正壓力波響應信號是相對應的。本文使用小波變換法對壓力拐點信號進行辨識,它是一種能夠同時在時域和頻域進行局部分析的良好的信號識別處理方法。卷積型小波變換的定義公式為:
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小波變換是一種信號的時間尺度分析,具有表征信號局部特征的能力,同時也是一種信號的時間頻率分析,具有很多優良特性。而信號的突變和奇異點,通常在信號的一階或高價導數中反映出來。在各種小波函數中,高斯函數的一階導數對于信號的奇異點尤為敏感。因此,本文小波變換中使用了這種小波函數。
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2管道堵塞檢測及定位系統研究
(1)硬件設備。系統硬件所需的儀器儀表為:壓力變送器2個;工控機、顯示器2臺;數據采集模塊2個;通信線路2條(可選用電話、以太網、互聯網等通訊方式)。
(2)軟件分析。本文堵塞點判定及定位程序采用MATLAB進行編程,通過用戶界面設計實現軟件界面開發,如圖2所示按照具體功能分為4個模塊。
軟件結構示意圖
一是通信模塊主要是將管道兩端采集到的壓力信號傳送到上位機。
二是參數設置模塊設置通訊中壓力信號的采集及無線通信的相關參數和管道參數與流體介質參數的錄入。
三是堵塞檢測模塊在系統產生了堵塞報警后。該模塊先對數據傳輸送過來的壓力信號進行分析處理,通過小波變換得到了壓力信號的突變點,計算出時間差,通過公式可以得到堵塞的具體位置。
四是數據管理模塊主要實現數據存儲、歷史查詢以及實時數據等功能。
3結語
實時監測和采集混輸管道兩端的壓力信號,通過兩端劇烈的壓差變化可以有效的判斷管道產生堵塞;堵塞產生的正壓力波利用小波變換方法來進行堵塞檢測及定位具有誤差小、簡單直觀的優點。同時,由于壓力波傳輸距離較遠,所以,本文中的方法對于長距離的混輸管道具有非常好的適用性。本方法在管道檢測過程中相較于其他方法的工作量大大的減少,并且可以對管線運行狀況實時監測,極大的減少了資源的浪費。
 
 
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