基于压力流量双参数的天然气管道泄露检测系统的研究
时间：2021-02-09 00:00:17 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘 要]随着我国经济快速发展，我国天然气事业取得重大进步，对人们的生产和生活带来很多便利，但随着人们生活质量的不断提高，对其产生了更高要求，使得我国天然气建设规模越来越大。因此其管线也越来越多，由于施工和环境等各种因素的影响，使得我国天然气管道在实际应用过程中，经常发生一些事故问题，如天然气泄漏等现象，不仅对环境造成很大影响，还对人们的生命和财产安全造成一定威胁。因此，本文便对基于压力流量双参数的天然气管道泄漏检测系统进行研究，并提出一些建议，以供大家参考。
[关键词]压力流量双参数；天然气管道；泄漏；检测系统
中图分类号：TE973.6 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2018）23-0043-01
引言：近年来，我国的天然气事业发展十分迅速，使得我国大多数地区都已经通上天然气，这在很大程度上提高了人们的生活水平，但同时也存在一些问题，尤其是天然气管道的泄漏问题。随着我国天然气建设规模的不断扩大，其管道运输技术也逐渐的发展起来，使得各个地区在通天然气的同时，还需要建设很多的运输管线，正是因为存在很多的运输管线，便使得人文因素、环境因素以及施工因素等对管道的影响逐渐加大，使得很多地区的天然气管道发生泄漏现象，对人民的生命财产安全造成严重影响，因此便急需一种高效的管道检测技术。
1 当前国内外管道检测技术的发展现状分析
对于早期的天然气管道检测系统来讲，因为缺乏相关的技术支持，其检测方法主要偏重于硬件检测，最常用的方法有管内探测球法，以及分段试压法等，但是随着全球经济一体化的到来，各国之间加强合作，使得各国的科学技术得到飞跃式的发展，尤其是计算机网络技术的发展，当前已经被广泛应用于各个行业和领域中，并发挥出重要作用，同样对天然气管道检测也一样适用，并为其提供了更高的理论和技术支持，当前，各国正在发展以软件和硬件相结合的新型管道检测方法。当前国内外的管道检测技术发展现状基本如下，20世纪70年代，德国学者曾提出将输入输出的流量和压力信号进行相关处理后，便可以确定管道内的天然气流量，但这种方法具有很大的计算量，另外不利于管道进行实时性检测，因此在实际应用中便缺乏经济性和合理性。20世纪80年代后，有另一位学者提出了故障模型滤波器的管道检测方法，这种方法主要是根据相关情况，建立出一套完整的故障诊断模型，模型中的每一种故障类型都对应了一个诊断方法，从而对出现问题的天然气管道进行实时的处理，以保障其安全性，另外，这种方法还有利于对管道进行实时性检测，同时又与模型之间的对应关系，使得工作人员很容易发现出现问题的故障类型，进而采取相应的措施给予解决。为了解决天然气管道泄漏信息不随时间而消失的问题，德国学者便对其进行相关研究，提出采用非线性模型的非线性状态观测器的管道检测方法，随后又有人提出卡尔曼滤波器检测方法，对管道故障进行了实时的跟踪，很大程度上提升了管道监测技术的水平。到20世纪90年代，又有人在光纤干涉仪原理的基础上进行创新，研究出了管道流量泄漏检测的定位系统，对管道泄漏问题进行了更好的把控。
2 基于压力流量双参数的管道检测原理
针对管道泄漏这一情况来说，当天然气管道产生泄漏问题时，管道的首端首先发生变化，其压力会有所下降，随后流量逐渐上升，再者管道的末端压力开始逐渐下降，其流量也同时下降。相对来说，其变化趋势与调泵和调阀时所对应的压力情况不同，当对其进行调控操作时，随着泵速的逐渐提高，其首段压力上升，流量也逐渐增大，并且末端的压力和流量也全都呈上升趋势，而当泵速降低时，其首段的压力和流量也都逐渐减小，末端进站压力和流量也都呈下降趋势，因此对于这种方法来，就可以有效的避免管道开闭泵所引发的系统误警报问题。在对管道压力进行负压波法，通过对相关参数进行研究，以确定管道泄漏点的相关位置。
2.1 泄漏点定位的基本原理
当天然气管道突然发生泄漏问题时，其处理速度是否及時对其处理结果有着重要影响，通常泄漏处会产生因流体物质损失而引起的局部液体密度减小的现象，使压力降低，并产生速度差，此情况下的压力便作用到流体介质上，其压力波便开始向上游和下游传播，此时需要注意的是，管道泄漏中所产生的减压波便是负压波，因此，我们便可以对负压波到达管道两端的时间以及速度进行分析，进而确定管道所泄漏的位置，其计算公式如下：
在式子中，x表示泄漏位置到上游站之间的距离差，l表示管道上下游之间的距离，为表示负压波传播的速度，△t表示传感器接收压力波的时间差。其中需要注意的是，管道泄漏位置确定的主要因素是有负压波的波速和时间差△t所确定的。
2.2 负压波波速的确定方法
负压波波速的确定。管内压力波的传播速度取决于液体的弹性、液体的密度和管材的弹性，液体的体积弹性系数随品种、温度、压力的不同而不同。我国大多原油具有高含蜡、高粘度、高凝点的特点，需要加热输送。由于管道传输距离长，散热明显，首末端温差较大（一般能达到几十摄氏度）。考虑温度影响的压力波波速公式；
式中，a为水击波传播速度；K为液体的体积弹性系数；p为液体的密度；E为管材的弹性模量；D为管道直径；8为管壁厚度；中为与管道约束条件有关的修正系数。
3 天然气管道监测系统的软硬件设计
在对我国天然气管道监测系统的研究中，其中需要研究的一项重点内容便是，其管道系统的软硬件结合设计方法，这是保证天然气管道系统有效运行的重要前提，通常情况下，管道泄漏检测系统由装置在管道首末端的两套装置组成。其总体结构见图1。
本系统中，信号采集装置由压力变送器、流量计及数据采集卡组成。压力变送器采用RoseMountl151，精度0.2级，输出为标准4～20mA；流量计采用管道中安置夹装式时差超声波XA200型流量计；数据采集卡使用中泰研创公司的PC18335型多功能数据采集卡；选用研华IPC610系列工控机；调制解调器采用美国MultiTech公司MT2834BLI。管道首端的工控机作为主机，它除实时显示首端信号采集装置采集到的管道状态数据外，还需要通过数据通讯装置将管道末端采集到的压力、流量等信号传输至本机。当发生泄漏时，主工控机将使用小波变换工具需要两端压力信号中的压力突降时刻，并确定其差值01，其后，计算出管道泄漏点的位置。报警信息及泄漏点信息将显示于工控机软件界面上。图2为系统工作流程。
结束语
总之，加强对基于压力流量双参数的天然气管道泄漏检测系统进行研究，对我国天然气事业的发展有着积极作用，同时更对保障人们的生命财产安全有着重要意义，但就目前而言，我国的天然气管道泄漏检测系统仍然不够完善，在实际的故障检测过程仍然存在着一些问题，为此，我们需要加大力度，对其进行深入研究和分析，并注意采取有效的措施。
