油气管道堵塞检测及定位技术研究

-∞
(8)
limθ( t) = 0.
| t| →∞
则称其为光滑函数. 在信号的奇异性检测中 ,通常
选择光滑函数的一阶导数作为母小波 (如一阶高
斯函数 ) ,这样式 (7)可以写成式 (9) :
W Ta f ( t)
=
a
d ( f ( t) dt
3
θ a
( t)
)
.
(9)
此时小波变换 W Ta f ( t) 被表示为信号 f ( t) 在尺度 a被 θ( t) 平滑后的一阶导数. 而 W Ta f ( t) 的模极大值点对应于 f ( t) 的突变点. 利用这个原
界条件 ,对整个管道的状态进行仿真 ,从而得到管 道的水力坡降曲线.
2 油气管道堵塞检测及定位理论研究
211 油气管道的堵塞检测 1) 方法 1:依据管道堵塞前后管道两端压差
的剧烈变化 ,我们就可以判定管道发生了堵塞. 以 天然气输送管道为例 ,如图 2所示 ,当天然气管道 处于正常运行状态时 , 管道全线的水力坡降曲线 为曲线 1,当距离管道起点 x0 处发生冰堵后 ,堵塞 点前由于管线憋压 , 压力上升 , 流速变缓 , 而堵塞 点后的管段由于失去部分能量供给压力下降 , 气 体膨胀 ,流速加快 , 其水力坡降曲线为曲线 2, 当 管道完全堵塞时 ,管内气体基本停止流动 ,其水力 坡降曲线为曲线 3. 可以看到 , 当管道正常运行 时 ,管道两端的压差为 Δp1 , 而当管道发生堵塞 时 ,管线两端一头憋压 , 一头失压 , 压差骤增为 Δp2 ,当 Δp2 - Δp1 >ε时判断管道发生了堵塞 ,ε 为给定的检测门限值. 众多的管道堵塞事故表明 , 该方法切实可行.
L IU En2bin1 , L I Chang2jun1 , L IU X iao2dong2 , PENG Shan2bi1
(1. Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China, sunriselebp sb@163. com; 2. Xinjiang Times Petroleum Engineering Corporation, Xinjiang Kelamayi 834000, China)
图 2 管道水力坡降曲线图
2) 方法 2:如图 3所示 ,利用管道首端所采集的 参数对管道实施从首端到末端的逐步仿真 [3] , 从而 模拟出管道末端的压力 (如曲线 1) ,或者利用管道末 端所采集的参数对管道实施从末端到首端的逐步仿 真 [3] ,从而模拟出管道首端的压力 (如曲线 2) ,将模 拟值与实际测量值进行比较 ,当Δp1 或Δp2 大于给定 的门限值 ε时 ,判断管道发生堵塞. 212 油气管道堵塞定位原理
∫ 允许性条件 ψ( t) d t = 0且均方可积的一维函数
ψ( t) 在尺度因子 a下作拉伸后得到的. 小波变换
具有多分辨率的特点 ,可以由粗及精的分析信号 ,
它是检测低能量的短暂瞬变信号的有效手段 , 非
常适用于检测水力坡降曲线的突变点.
如果函数 θ( t) 满足
∫+∞ θ( t) d t = 1,
(1. 西南石油大学 , 成都 610500, sunriselebp sb@163. com; 2. 新疆时代石油工程有限公司 , 新疆 克拉玛依 834000)
摘 要 : 针对油气输送管道中的堵塞现象 ,提出利用管道堵塞前后两端压差的剧烈变化 ,以及利用管道两端
压力的模拟值与实际测量值的差异来检测管道的堵塞 ,提出通过检测管道水力坡降曲线奇异点的方法确定
Abstract: A im ing at the blockage in p ipelines, this paper puts forward a method to detect p ipeline’s block2 age, which m akes use of drastic changes of the p ressure difference between starting and ending of p ipeline or the p ressure difference between the sim ulation value and the measure value of p ipeline. A new m ethod to as2 certain the location of blockage by detecting the singular points of the hydraulic slope curve is brought forward, which can obtain the hydraulic slope curve of the whole p ipe by sim ulating the p ipeline, then detects the sin2 gular points by wavelet transform , and determ ines the location of blockage by singular points. W ith the advan2 tage of few equipments, low operating cost, simp le operation and so on, this m ethod is better than others. Key words: p ipeline blockage; location; detection; wavelet transform
-
1 ρa
dP
+ g sinθd t
λ + 2dV
|
V
|
dt
= 0;
(5)
温度特征线方程 V
dx = V, dt
d (CT) dt
p
- ρ2 a2
dp - λ | V |3
dt
2d
+ρ4DK ( T
-
T0 )
= 0.
(6)
图 1 管道仿真特征线法示意图
将管道划分为 N 等份 , 每一等份长度为 Δx, 取仿真时间步长 Δt = Δx / a. 将以上三组特征方 程表示在管道系统的 x - t平面上 ( x轴为管道方 向 , t轴为仿真的时间 ) ,如图 1所示 ,用节点 1, 2, 3 的参数可以仿真计算出节点 4的参数. 因此 ,可以 通过采集管道两端的压力 、温度 、流量参数作为边
行参数 ,对管道实施仿真 ,获得整条管线的水力坡 降曲线 ,再对管道的水力坡降曲线进行奇异性检 测 ,从而确定管道堵塞的位置 ,无需开挖管线 ,能 够及时准确的确定管道堵塞位置 ,为下一步的抢 修赢得时间 ,有着广阔的应用前景.
1 管道仿真
111 管道模型 介质在管道中的流动可视为一元流动 ,由于
介质的运动必然满足质量守恒 、动量守恒 、和能量 守恒 ,因此 ,可以根据流体力学和热力学原理建立 介质流动的连续性方程 (1) 、动量方程 ( 2)和能量 方程 (3) ,这些方程描述了流体的压力 、温度 、流 量等之间的关系 [ 2 ].
将管道水力坡降曲线表示为函数 f ( t) , 采用
小波变换识别水力坡降曲线的突变信号. 小波变
换法是一种在时频两域均具有良好局部特性的信
号处理方法. 卷积型小波变换的定义为 [4 ]
W Ta f ( t)
=
f ( t)
3
ψ a
( t)
.
(7)
式中
:
ψ a
(
t)
= a- 1ψ( t / a) 为母小波 ,它是由满足
= 0.
(3) 式中 : ρ为介质密度 , kg /m3 ; p为管内压力 , Pa; θ 为管道与水平面间的倾角 , rad; t为时间变量 , s; V 为介质流速 , m / s; d 为管道内径 , m; D 为管道 外径 , m; g为重力加速度 , m / s2 ; x为管道位置变 量 , m; λ为管道水力摩阻系数. 112 模型的求解
·206·
哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第 41卷
2) 堵塞检测模块. 主要负责管道的仿真以及 堵塞的判断及定位.
3) 参数设置及数据管理. 将管道仿真必需的 参数输入检测软件 ,对下位机传输过来的数据进 行存储 、查询管理.
图 3 管道水力坡降曲线图
油气管道堵塞将导致管道的运行参数发生变 化 ,这一变化可以明确的表示在水力坡降曲线上 , 而管道的水力坡降曲线可以采用第二部分所介绍 的管道仿真技术模拟. 如图 2所示 ,当管道处于平 稳运行状态时 ,其水力坡降曲线 1平稳光滑 ,而当 管道部分堵塞乃至完全堵塞时 ,其水力坡降曲线 在堵塞点将发生剧烈变化 ,也就是出现了突变奇 异点. 因此 ,我们可以通过检测管道水力坡降曲线 的突变点以及突变点所对应的管道网格节点号 , 来确定堵塞发生的位置.
第 41卷 第 1期 2009年 1月
哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报
Vol141 No11
JOURNAL OF HARB IN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Jan. 2009
油气管道堵ห้องสมุดไป่ตู้检测及定位技术研究
刘恩斌 1 , 李长俊 1 , 刘晓东 2 , 彭善碧 1
第 1期
刘恩斌 , 等 :油气管道堵塞检测及定位技术研究
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5V 5x
1 +ρa2
V
5p 5x
+
5p 5t
= 0,
(1)
5V 5t
+V
5V 5x
+
1 ρ
5P 5x
+
g
sinθ
+
λ
2
V d
|
V
|
=