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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
    信息來(lái)源: 壓力變送器 | 2022-12-27 點(diǎn)擊量: 2220

      在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時(shí)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場(chǎng)第一數據實(shí)時(shí)傳輸到工控系統上,為整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統充當控制、檢測等一系列的眼睛,接下來(lái)華恒儀表為您解讀工業(yè)現場(chǎng)最前沿的壓力變送器使用情況。 

      近年來(lái),在經(jīng)濟上迅速的發(fā)展和城市化的加快,管線(xiàn)運輸以其穩固的可靠性、輸送高效以及成本低等優(yōu)點(diǎn),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(shí)間的累積,管道堵塞已經(jīng)成了非常常見(jiàn)的安全問(wèn)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(shí)用的方法具有非常重要的意義?;诖饲闆r,通過(guò)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(lái)確定判定混輸管線(xiàn)堵塞所在位置。

      由于溫度低、結蠟等原因,輸油管道容易引發(fā)混凝、堵蠟等事故,在混輸管線(xiàn)清管作業(yè)過(guò)程中,管道內雜質(zhì)的堆積容易造成清管器堵塞,不及時(shí)處理會(huì )造成巨大的經(jīng)濟損失?,F今,管道堵塞位置檢測技術(shù)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(jìn)行開(kāi)挖、露出,并不斷測試管道的變形程度或鉆孔觀(guān)察流體狀態(tài)。此類(lèi)管道檢測方法是一項工作量大、耗時(shí)長(cháng)、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(dòng),不需要開(kāi)掘管線(xiàn)。投資少,操作簡(jiǎn)便,能在較短時(shí)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(fā)生堵塞時(shí),在堵塞處,混輸流體在流動(dòng)過(guò)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(diǎn)就會(huì )與堵塞點(diǎn)前的管道內構成一個(gè)壓差,在該壓差的影響下,管道上游的流體會(huì )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(diǎn)就產(chǎn)生了。實(shí)踐應用證明,這種水擊波的信號在混輸管線(xiàn)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(cháng)混輸管線(xiàn)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,設某密閉混輸管道在P點(diǎn)發(fā)生了堵塞,該混輸管道在A(yíng)端得到一個(gè)壓力信號,該信號就會(huì )在管道內沿著(zhù)正向箭頭方向傳遞,當該壓力波信號傳遞到P點(diǎn)后,就會(huì )產(chǎn)生反射波信號,反射波信號再反向傳播到檢測點(diǎn)A。通過(guò)首端的壓力檢測點(diǎn)捕捉到兩次壓力波響應信號的時(shí)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
     ?。?)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、密度等因素對管內波速的計算會(huì )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(huì )使負壓力波的傳播速度產(chǎn)生影響。因此,在應用過(guò)程中,可將混輸管道分作若干段,根據每一段實(shí)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。
      
     ?。?)兩次正壓波響應的時(shí)間差的確定。在大量科學(xué)實(shí)驗分析表明,壓力變送器收集到的壓力信號的特征拐點(diǎn)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(diǎn)信號進(jìn)行辨識,它是一種能夠同時(shí)在時(shí)域和頻域進(jìn)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(shí)間尺度分析,具有表征信號局部特征的能力,同時(shí)也是一種信號的時(shí)間頻率分析,具有很多優(yōu)良特性。而信號的突變和奇異點(diǎn),通常在信號的一階或高價(jià)導數中反映出來(lái)。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(diǎn)尤為敏感。因此,本文小波變換中使用了這種小波函數。
      2管道堵塞檢測及定位系統研究
     ?。?)硬件設備。系統硬件所需的儀器儀表為:壓力變送器2個(gè);工控機、顯示器2臺;數據采集模塊2個(gè);通信線(xiàn)路2條(可選用電話(huà)、以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等通訊方式)。
     ?。?)軟件分析。本文堵塞點(diǎn)判定及定位程序采用MATLAB進(jìn)行編程,通過(guò)用戶(hù)界面設計實(shí)現軟件界面開(kāi)發(fā),如圖2所示按照具體功能分為4個(gè)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(wú)線(xiàn)通信的相關(guān)參數和管道參數與流體介質(zhì)參數的錄入。
      三是堵塞檢測模塊在系統產(chǎn)生了堵塞報警后。該模塊先對數據傳輸送過(guò)來(lái)的壓力信號進(jìn)行分析處理,通過(guò)小波變換得到了壓力信號的突變點(diǎn),計算出時(shí)間差,通過(guò)公式可以得到堵塞的具體位置。
      四是數據管理模塊主要實(shí)現數據存儲、歷史查詢(xún)以及實(shí)時(shí)數據等功能。
      3結語(yǔ)
      實(shí)時(shí)監測和采集混輸管道兩端的壓力信號,通過(guò)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(lái)進(jìn)行堵塞檢測及定位具有誤差小、簡(jiǎn)單直觀(guān)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),由于壓力波傳輸距離較遠,所以,本文中的方法對于長(cháng)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(guò)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(xiàn)運行狀況實(shí)時(shí)監測,極大的減少了資源的浪費。
      儀表儀器儀表是工業(yè)化進(jìn)程的基石,只有選用工業(yè)現場(chǎng)選用合適的儀表,才能夠事半功倍,自動(dòng)化流程才能夠更加自動(dòng)化。

     

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