基于主动施扰法的气体管道泄漏检测与定位技术研究

　　1　引言

　　由于管道运输在输送油气物料时具有平稳连续,安全性好,运输量大,质量易保证,物料损失小以及占地少,运费低等特点,已成为油气物料运输的首选方式。但是随着不可避免的管道老化、腐蚀、焊缝缺陷及其他自然或人为损坏等原因,管道泄漏事故频频发生,严重威胁人们的生命财产安全。所以,加强管道泄漏检测与定位技术的研究与应用,对提高管道输送管理水平,减少经济损失和环境污染,具有重要的现实意义。

　　传统的管道泄漏检测与定位方法通常是捕捉管道发生泄漏瞬间压力信号的变化,因而要求对管道进行不间断监控检测,即系统必须24 h保持在工作状态。若在此期间,系统发生调试、停电、死机等故障时,由于无法捕捉气体管道发生泄漏的瞬变信息而容易导致气体管道泄漏漏报现象。为了克服现有方法存在的不足,本研究针对气体管道泄漏提出一种新的主动施扰的检测方法。

　　2　主动施扰法

　　2·1　实验装置设计

　　长输管道在运行过程中,随着阀门开度的减少,管道中流体的流速也逐渐减小,并且在阀门的上游部分压力升高,而在其下游部分压力降低,同时这种压力波会沿管道向上、下游传播,引起管内流体的瞬变流动。本研究通过控制管道末端的开关阀的开闭,使得管道内流体产生瞬变流动,根据管道产生瞬变流的特点来诊断管道是否发生泄漏并实现泄漏定位。这就是本文提出的主动施扰法的基本思路。

　　根据上述思路设计的实验系统如图1所示:管道由长84 m的钢管组成,在管道中间设置多个调速阀以模拟管道在不同位置发生泄漏,将一电磁开关阀串联到管路末端。当需要检测泄漏时,开关阀关闭,在其达到稳态值后再将开关阀开启,管道恢复正常流动。由于开关阀的突然关闭和开启,管道内流体发生瞬态流动。检测管道在此期间上、下游两端的压力和流量信号,通过分析出、入口压力和流量信号的动态变化过程,便可以辨识出管道是否发生泄漏并实现泄漏定位。

　　计算机数据采集系统以台湾某公司的工业控制计算机为核心,数据采集卡及数字量控制卡选用PCL-812PG、PCLD-780、PCLD-785B。数据采集软件采用NI/LabVIEW编制。

　　2·2　实验数据采集与分析

　　利用所设计的实验装置,在管道不同位置设置模拟泄漏(假设同一时刻管道中只有1个位置发生泄漏),根据相同泄漏量不同泄漏位置、相同泄漏位置不同泄漏量等各种工况,设计了具体的实验方案。利用数据采集系统采集管道出入口压力、流量信号,如图2所示。

　　(1)泄漏量相同(60 SLM),泄漏位置不同(2#、4#、5#、6#)的管道出入口压力、流量信号见图2a~2d所示。