压力变送器

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浅析压力变送器基于压力波法的混输管道堵塞检测及定位研究

作时间:2019-07-06  来源:长江大学机械工程学院  作者:付运金 吴文秀 黄远翔
   
近年来,在经济上迅速的发展和城市化的加快,管线运输以其稳固的可靠性、输送高效以及成本低等优点,已经成为企业和国家优先选择的运输方式之一。但随管道运行时间的累积,管道堵塞已经成了非常常见的安全问题。尤其是在油气水多相混输管道中,极易形成水合物和油的凝结造成管道堵塞。因此,寻找一种对混输管道堵塞的检测及定位有效的、实用的方法具有非常重要的意义。基于此情况,通过对比管道运输中经常使用到的几种堵塞检测及定位技术,非常后考虑采用压力波法来确定判定混输管线堵塞所在位置。
由于温度低、结蜡等原因,输油管道容易引发混凝、堵蜡等事故,在混输管线清管作业过程中,管道内杂质的堆积容易造成清管器堵塞,不及时处理会造成巨大的经济损失。现今,管道堵塞位置检测技术主要包括钻孔法、敲打法、应力应变测试法等,这些方法都需要对管道进行开挖、露出,并不断测试管道的变形程度或钻孔观察流体状态。此类管道检测方法是一项工作量大、耗时长、成本高的工作,为此提出了用正压力波法确定管道堵塞位置的方法,这种方法只需检测管道内流体的压力的波动,不需要开掘管线。投资少,操作简便,能在较短时间内确定堵塞位置,具有广阔的应用前景。
1正压力波法堵塞检测基本原理及定位公式
当混输管道某处发生堵塞时,在堵塞处,混输流体在流动过程中遇到阻碍,受压致使阻塞处压力持续上升,达至某种程度后,堵塞点就会与堵塞点前的管道内构成一个压差,在该压差的影响下,管道上游的流体会不停扩增,那么以一定速度传播的正压波就在混输管道堵塞点就产生了。实践应用证明,这种水击波的信号在混输管线中的传输距离可以达到数十公里。因此,它非常适用于油田对长混输管线的堵塞检测。
(1)正压波堵塞检测工作原理。正压波检测定位的原理如图1所示,设某密闭混输管道在P点发生了堵塞,该混输管道在A端得到一个压力信号,该信号就会在管道内沿着正向箭头方向传递,当该压力波信号传递到P点后,就会产生反射波信号,反射波信号再反向传播到检测点A。通过首端的压力检测点捕捉到两次压力波响应信号的时间差,再根据正压力波在管道内的波速便可以判定管道堵塞位置,确定堵塞位置公式为式(1):
管道对压力信号响应示意图
(2)压力波传播速度的确定。由式(1)可知堵塞定位的关键性在于能否获得可靠的压力波传播速度,按照式(2)计算,由于管材的弹性、流体的弹性、密度等因素对管内波速的计算会产生影响,以及在管道流体输送中,流体介质因素的变化也会使负压力波的传播速度产生影响。因此,在应用过程中,可将混输管道分作若干段,根据每一段实际情况的具体工作数据算出每一段的压力波的传播速度,这样可以提升数据计算精度。
20190706103226.jpg
(3)两次正压波响应的时间差的确定。在大量科学实验分析表明,压力变送器收集到的压力信号的特征拐点与正压力波响应信号是相对应的。本文使用小波变换法对压力拐点信号进行辨识,它是一种能够同时在时域和频域进行局部分析的良好的信号识别处理方法。卷积型小波变换的定义公式为:
20190706103530.jpg
小波变换是一种信号的时间尺度分析,具有表征信号局部特征的能力,同时也是一种信号的时间频率分析,具有很多优良特性。而信号的突变和奇异点,通常在信号的一阶或高价导数中反映出来。在各种小波函数中,高斯函数的一阶导数对于信号的奇异点尤为敏感。因此,本文小波变换中使用了这种小波函数。
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2管道堵塞检测及定位系统研究
(1)硬件设备。系统硬件所需的仪器仪表为:压力变送器2个;工控机、显示器2台;数据采集模块2个;通信线路2条(可选用电话、以太网、互联网等通讯方式)。
(2)软件分析。本文堵塞点判定及定位程序采用MATLAB进行编程,通过用户界面设计实现软件界面开发,如图2所示按照具体功能分为4个模块。
软件结构示意图
一是通信模块主要是将管道两端采集到的压力信号传送到上位机。
二是参数设置模块设置通讯中压力信号的采集及无线通信的相关参数和管道参数与流体介质参数的录入。
三是堵塞检测模块在系统产生了堵塞报警后。该模块先对数据传输送过来的压力信号进行分析处理,通过小波变换得到了压力信号的突变点,计算出时间差,通过公式可以得到堵塞的具体位置。
四是数据管理模块主要实现数据存储、历史查询以及实时数据等功能。
3结语
实时监测和采集混输管道两端的压力信号,通过两端剧烈的压差变化可以有效的判断管道产生堵塞;堵塞产生的正压力波利用小波变换方法来进行堵塞检测及定位具有误差小、简单直观的优点。同时,由于压力波传输距离较远,所以,本文中的方法对于长距离的混输管道具有非常好的适用性。本方法在管道检测过程中相较于其他方法的工作量大大的减少,并且可以对管线运行状况实时监测,极大的减少了资源的浪费。
 
 
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