| 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 |
| 信息來源： 壓力變送器 | 2022-12-27 點擊量： 3373 |
在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時代，缺少不了壓力變送器、流量計、液位計、密度計、差壓變送器等儀表把現(xiàn)場第一數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)焦た叵到y(tǒng)上，為整個工業(yè)自動化系統(tǒng)充當控制、檢測等一系列的眼睛，接下來華恒儀表為您解讀工業(yè)現(xiàn)場最前沿的壓力變送器使用情況。
近年來，在經(jīng)濟上迅速的發(fā)展和城市化的加快，管線運輸以其穩(wěn)固的可靠性、輸送高效以及成本低等優(yōu)點，已經(jīng)成為企業(yè)和國家優(yōu)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(jīng)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(jié)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(jīng)常使用到的幾種堵塞檢測及定位技術(shù)，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(jié)蠟等原因，輸油管道容易引發(fā)混凝、堵蠟等事故，在混輸管線清管作業(yè)過程中，管道內(nèi)雜質(zhì)的堆積容易造成清管器堵塞，不及時處理會造成巨大的經(jīng)濟損失?，F(xiàn)今，管道堵塞位置檢測技術(shù)主要包括鉆孔法、敲打法、應(yīng)力應(yīng)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(tài)。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(nèi)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(nèi)確定堵塞位置，具有廣闊的應(yīng)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(fā)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(xù)上升，達至某種程度后，堵塞點就會與堵塞點前的管道內(nèi)構(gòu)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(chǎn)生了。實踐應(yīng)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(shù)十公里。因此，它非常適用于油田對長混輸管線的堵塞檢測。
?。?）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(shè)某密閉混輸管道在P點發(fā)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(nèi)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(chǎn)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(yīng)信號的時間差，再根據(jù)正壓力波在管道內(nèi)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(yīng)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(guān)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(nèi)波速的計算會產(chǎn)生影響，以及在管道流體輸送中，流體介質(zhì)因素的變化也會使負壓力波的傳播速度產(chǎn)生影響。因此，在應(yīng)用過程中，可將混輸管道分作若干段，根據(jù)每一段實際情況的具體工作數(shù)據(jù)算出每一段的壓力波的傳播速度，這樣可以提升數(shù)據(jù)計算精度。
?。?）兩次正壓波響應(yīng)的時間差的確定。在大量科學(xué)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(yīng)信號是相對應(yīng)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：
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(yōu)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(dǎo)數(shù)中反映出來。在各種小波函數(shù)中，高斯函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)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(shù)。
2管道堵塞檢測及定位系統(tǒng)研究
?。?）硬件設(shè)備。系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集模塊2個；通信線路2條（可選用電話、以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等通訊方式）。
?。?）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(shè)計實現(xiàn)軟件界面開發(fā)，如圖2所示按照具體功能分為4個模塊。
軟件結(jié)構(gòu)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(shù)設(shè)置模塊設(shè)置通訊中壓力信號的采集及無線通信的相關(guān)參數(shù)和管道參數(shù)與流體介質(zhì)參數(shù)的錄入。
三是堵塞檢測模塊在系統(tǒng)產(chǎn)生了堵塞報警后。該模塊先對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)管理模塊主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、歷史查詢以及實時數(shù)據(jù)等功能。
3結(jié)語
實時監(jiān)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(chǎn)生堵塞；堵塞產(chǎn)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(yōu)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(jiān)測，極大的減少了資源的浪費。
儀表儀器儀表是工業(yè)化進程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動化流程才能夠更加自動化。
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