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管线泄漏诊断技术中国石油大学(北京)张来斌梁伟电话:13910156270办公:新科研楼624邮箱:lw@cup.edu.cn长输管道施工现场管道施工现场目录一、管线泄漏诊断技术的国内外概况二、管线泄漏诊断的主要方法三、如何根据现有情况开展管线泄漏诊断工作管道长期运行,泄漏时有发生,影响管道安全运输,对环境和人身财产安全造成威胁。须对管道泄漏进行预防及对泄漏进行及时报警和定位。国外一些发达国家从70年代末已经开始对管道泄漏故障进行研究,80年代末进入较实用的商品阶段。我国对管道泄漏技术的研究起步较晚,在消化吸收国外技术的基础上,也开始逐渐进行现场试验,但由于整套技术还不够完善,目前还未能进入生产运行阶段。一、管线泄漏诊断技术的现状由于管道泄漏多样性、复杂性,因此国内外还没有一种简单、快速、精确、可靠、通用的管道泄漏检测方法。通常检测系统应具有以下基本特征:灵敏性-能检测出从管道渗漏到断裂的全部范围内的泄漏情况,发出正确的报警提示;实时性-从泄漏开始到检出的时间要短,以便管理人员立刻采取行动,减少损失;准确性-误报警率低,定位精度高。系统易维护性-当系统发生故障时,容易调整。系统易适应性-能适应不同的管道环境、不同的输送介质。系统性价比高目前国内外管道的泄漏检测技术基本上可分为两类,一类是基于硬件的方法,另一类是基于软件的方法。基于硬件的方法是指对泄漏物进行直接检测的方法,也称直接检漏法。基于软件的方法又称为间接检漏法,是指借助于计算机系统,通过检测由于泄漏造成的影响,如流量、压力、温度等物理参数的变化来判断泄漏的发生及漏点的位置。目前,国内外管道泄漏诊断方法主要有以下分类:基于硬件基于软件直接观察法管道泄漏溶解法声波法光纤检漏法放射性示踪检漏法电缆阻抗检测法冲气压力带法准分布式光纤检漏多光纤探头遥测法塑料包覆石英光纤传感器检测光纤温度传感器检漏油溶性电缆渗透性电缆分布式传感电缆质量平衡法压力图像法(压力分布法)压点力法压力波检测法实时模型法分段试压法1、管道内检测技术2.管道泄漏溶解法3.全线压力图像法压力站A泄漏点站B全线压力图像法在管线许多位置同时采集压力信号并汇总构成该管线整体压力分布图,根据压力曲线梯度特征确定泄漏程度和泄漏位置。由于流动状态和操作条件的改变,在无泄漏的情况下也可能出现异常图像特征而产生误报警现象;由于测量点多耗资巨大4.分段试压法二、管线泄漏诊断的主要方法负压波诊断法实时模型诊断法音波诊断法相关分析法声发射诊断法光纤诊断法一、负压波诊断法1、诊断原理泄漏发生时,由于管道内外的压差,泄漏点处流体迅速流失,压力下降,泄漏点两边的液体由于存在压差而向泄漏点处补充,这一过程依次向上、下游传递,相当于泄漏点处产生了一个以一定速度传播的负压力波(减压波)。只要设置在泄漏点两端或泵站的压力传感器准确捕捉到负压力波,根据压力波的幅值大小和波传播到上下游的时间差就可确定泄漏量和泄漏位置。典型的泄漏负压波信号2、负压波法公式压力传感器1泄漏点压力传感器2XL负压波检漏法原理示意图泄漏点计算公式:X=(L+a×Δt)/2▲X:漏点至上游站距离(单位:m)▲L:上下游站间距离(单位:m)▲a:水击传播速度,a≈1200m/s,决定于管壁的弹性和液体的压缩性▲Δt:上下游传感器接收到压力波的时间差(单位:s)下游泵站上游泵站负压力波传播速度公式a:水击压力波速,m/sK:液体弹性系数:液体密度:管材弹性系数,为管道横截面积增加量,为流体密度变化量◆上式表示压力波速与液体的弹性系数K、密度和管材的弹性△A/ΔP有关。对于刚性管道≈0,a≈,即无限流体介质中微小扰动的声速)(1PAAKKaPAAP/KA3、负压波法装置压力传感器+采集系统+同步系统+通迅系统+工作站4、负压波诊断法特点1)工作原理简单,具有较高的响应速度和定位精度,是应用最为广泛的方法。2)容易受到管道运行工况的影响。泄漏瞬态负压波较小,容易被噪声淹没,导致难以分辨。3)负压波法检测泄漏依赖泄漏点产生突然的压力降,对于缓慢发生的泄漏或已经发生的泄漏,负压波法一般不能检出,这是其局限性。5、管线泄漏诊断中的难点1)泄漏的负压波信号较弱时,诊断系统需要较高的信号采集精度;2)启停泵的干扰信号较强,需要干扰信号的剔除方法;3)泄漏信号背景噪声大,需要特定的降噪方法以突出负压波拐点;4)当管线走向复杂时,需修正负压波的速度中国石油大学的PLDS诊断系统计算机+双扭环诊断仪+通讯系统+传感器+GPS天线PLDS的创新技术1)基于双扭环(双RAM)的高速、不间断数据采集技术,采频可达330KHZ,配合多线程调度,可完成对小泄漏点的精确捕捉;2)奇值分解降噪技术,可有效地降低、去除各种干扰噪声,同时保留微弱的泄漏信号;3)多轮次梯度剔除负压波诊断法,结合模糊自适应平滑网络技术,可精确提取拐点,适应不同的管径,实现准确定位。基于多线程的软件系统组成PLDS系统在线诊断运行界面6、PLDS系统的现场工业试验的效果1)试验条件及达到的指标2)试验装置及接线图3)对小泄漏数据的捕捉4)不同泄漏量诊断及数据处理5)用奇值分解对调泵、调阀干扰信号降噪6)利用地理信息系统进行分情诊断1)试验条件及已取得的指标在兰成渝成品油管线的彭州、成都站安装了PLDS系统,进行了泄漏模拟实验。以分输的方式模拟泄漏的发生,在管线中总流量为457米3/小时的情况下,分输泄漏量为7米3/小时左右(该分输量已是现场流量计所能识别的最小分输量),泄漏识别量为7/457≈1.5%;同时,定位精度也在1.5%以内。2)兰成渝成品油管线的PLDS装置图计算机+双扭环诊断仪+通讯系统+传感器+GPS天线兰成渝成品油管线的压力传感器接口东北输油局管线PLDS系统的装置图东北输油局管线的压力传感器安装位置管线线泄漏诊断的实验场地全景3)兰成渝管线泄漏发生时A站检测到的负压波信号兰成渝管线泄漏发生时B站检测到的负压波信号诊断系统捕捉到的小泄漏信号小泄漏信号小泄漏诊断结果从图中可以看出,小泄漏信号的开始期在28—42毫秒之间,而特征拐点只有1毫秒之左右,在这个时间内,PLDS诊断系统用10个点对特征拐点信号进行了采集,可以非常精确地捕捉到泄漏发生的时刻。4)泄漏量为7m3/H的泄漏压力信号泄漏量为30m3/H的泄漏压力信号泄漏量为50m3/H的泄漏压力信号上游站点含有干扰噪声泄漏信号压力波动大,拐点难以提取上游站点奇异值分解降噪后的泄漏信号降噪后,突出了拐点,易于提取下游站点含有干扰噪声泄漏信号压力波动大,拐点难以提取下游站点奇异值分解降噪后的泄漏信号降噪后,突出了拐点,易于提取5)停泵负压波干扰信号的识别停泵2停泵1停泵尾波启泵正压波干扰信号的识别启泵波前沿启泵正压波启泵及正常压力波动干扰信号的识别启泵尾波正常运行压力波动兰成渝管线泄漏诊断典型结果东北输油局管线泄漏诊断典型结果6)泄漏诊断地理信息系统PLDS的数据查看模块PLDS的泄漏诊断模块PLDS的泄漏点标记模块泄漏点PLDS的局部放大模块
本文标题:本科生-机械故障诊断学-第10章-管线泄漏诊断技术
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