近年來(lái)，在經(jīng)濟(jì)上迅速的發(fā)展和城市化的加快，管線運(yùn)輸以其穩(wěn)固的可靠性、輸送高效以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為企業(yè)和國(guó)家優(yōu)先選擇的運(yùn)輸方式之一。但隨管道運(yùn)行時(shí)間的累積，管道堵塞已經(jīng)成了非常常見(jiàn)的安全問(wèn)題。尤其是在油氣水多相混輸管道中，極易形成水合物和油的凝結(jié)造成管道堵塞。因此，尋找一種對(duì)混輸管道堵塞的檢測(cè)及定位有效的、實(shí)用的方法具有非常重要的意義。基于此情況，通過(guò)對(duì)比管道運(yùn)輸中經(jīng)常使用到的幾種堵塞檢測(cè)及定位技術(shù)，非常后考慮采用壓力波法來(lái)確定判定混輸管線堵塞所在位置。
由于溫度低、結(jié)蠟等原因，輸油管道容易引發(fā)混凝、堵蠟等事故，在混輸管線清管作業(yè)過(guò)程中，管道內(nèi)雜質(zhì)的堆積容易造成清管器堵塞，不及時(shí)處理會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)今，管道堵塞位置檢測(cè)技術(shù)主要包括鉆孔法、敲打法、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試法等，這些方法都需要對(duì)管道進(jìn)行開(kāi)挖、露出，并不斷測(cè)試管道的變形程度或鉆孔觀察流體狀態(tài)。此類(lèi)管道檢測(cè)方法是一項(xiàng)工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)、成本高的工作，為此提出了用正壓力波法確定管道堵塞位置的方法，這種方法只需檢測(cè)管道內(nèi)流體的壓力的波動(dòng)，不需要開(kāi)掘管線。投資少，操作簡(jiǎn)便，能在較短時(shí)間內(nèi)確定堵塞位置，具有廣闊的應(yīng)用前景。
1正壓力波法堵塞檢測(cè)基本原理及定位公式
當(dāng)混輸管道某處發(fā)生堵塞時(shí)，在堵塞處，混輸流體在流動(dòng)過(guò)程中遇到阻礙，受壓致使阻塞處壓力持續(xù)上升，達(dá)至某種程度后，堵塞點(diǎn)就會(huì)與堵塞點(diǎn)前的管道內(nèi)構(gòu)成一個(gè)壓差，在該壓差的影響下，管道上游的流體會(huì)不停擴(kuò)增，那么以一定速度傳播的正壓波就在混輸管道堵塞點(diǎn)就產(chǎn)生了。實(shí)踐應(yīng)用證明，這種水擊波的信號(hào)在混輸管線中的傳輸距離可以達(dá)到數(shù)十公里。因此，它非常適用于油田對(duì)長(zhǎng)混輸管線的堵塞檢測(cè)。
（1）正壓波堵塞檢測(cè)工作原理。正壓波檢測(cè)定位的原理如圖1所示，設(shè)某密閉混輸管道在P點(diǎn)發(fā)生了堵塞，該混輸管道在A端得到一個(gè)壓力信號(hào)，該信號(hào)就會(huì)在管道內(nèi)沿著正向箭頭方向傳遞，當(dāng)該壓力波信號(hào)傳遞到P點(diǎn)后，就會(huì)產(chǎn)生反射波信號(hào)，反射波信號(hào)再反向傳播到檢測(cè)點(diǎn)A。通過(guò)首端的壓力檢測(cè)點(diǎn)捕捉到兩次壓力波響應(yīng)信號(hào)的時(shí)間差，再根據(jù)正壓力波在管道內(nèi)的波速便可以判定管道堵塞位置，確定堵塞位置公式為式（1）：
管道對(duì)壓力信號(hào)響應(yīng)示意圖
（2）壓力波傳播速度的確定。由式（1）可知堵塞定位的關(guān)鍵性在于能否獲得可靠的壓力波傳播速度，按照式（2）計(jì)算，由于管材的彈性、流體的彈性、密度等因素對(duì)管內(nèi)波速的計(jì)算會(huì)產(chǎn)生影響，以及在管道流體輸送中，流體介質(zhì)因素的變化也會(huì)使負(fù)壓力波的傳播速度產(chǎn)生影響。因此，在應(yīng)用過(guò)程中，可將混輸管道分作若干段，根據(jù)每一段實(shí)際情況的具體工作數(shù)據(jù)算出每一段的壓力波的傳播速度，這樣可以提升數(shù)據(jù)計(jì)算精度。
（3）兩次正壓波響應(yīng)的時(shí)間差的確定。在大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)分析表明，壓力變送器收集到的壓力信號(hào)的特征拐點(diǎn)與正壓力波響應(yīng)信號(hào)是相對(duì)應(yīng)的。本文使用小波變換法對(duì)壓力拐點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)，它是一種能夠同時(shí)在時(shí)域和頻域進(jìn)行局部分析的良好的信號(hào)識(shí)別處理方法。卷積型小波變換的定義公式為：
小波變換是一種信號(hào)的時(shí)間尺度分析，具有表征信號(hào)局部特征的能力，同時(shí)也是一種信號(hào)的時(shí)間頻率分析，具有很多優(yōu)良特性。而信號(hào)的突變和奇異點(diǎn)，通常在信號(hào)的一階或高價(jià)導(dǎo)數(shù)中反映出來(lái)。在各種小波函數(shù)中，高斯函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)對(duì)于信號(hào)的奇異點(diǎn)尤為敏感。因此，本文小波變換中使用了這種小波函數(shù)。
2管道堵塞檢測(cè)及定位系統(tǒng)研究
（1）硬件設(shè)備。系統(tǒng)硬件所需的儀器儀表為：壓力變送器2個(gè)；工控機(jī)、顯示器2臺(tái)；數(shù)據(jù)采集模塊2個(gè)；通信線路2條（可選用電話、以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等通訊方式）。
（2）軟件分析。本文堵塞點(diǎn)判定及定位程序采用MATLAB進(jìn)行編程，通過(guò)用戶界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)軟件界面開(kāi)發(fā)，如圖2所示按照具體功能分為4個(gè)模塊。
軟件結(jié)構(gòu)示意圖
一是通信模塊主要是將管道兩端采集到的壓力信號(hào)傳送到上位機(jī)。
二是參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)置通訊中壓力信號(hào)的采集及無(wú)線通信的相關(guān)參數(shù)和管道參數(shù)與流體介質(zhì)參數(shù)的錄入。
三是堵塞檢測(cè)模塊在系統(tǒng)產(chǎn)生了堵塞報(bào)警后。該模塊先對(duì)數(shù)據(jù)傳輸送過(guò)來(lái)的壓力信號(hào)進(jìn)行分析處理，通過(guò)小波變換得到了壓力信號(hào)的突變點(diǎn)，計(jì)算出時(shí)間差，通過(guò)公式可以得到堵塞的具體位置。
四是數(shù)據(jù)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歷史查詢以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等功能。
3結(jié)語(yǔ)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集混輸管道兩端的壓力信號(hào)，通過(guò)兩端劇烈的壓差變化可以有效的判斷管道產(chǎn)生堵塞；堵塞產(chǎn)生的正壓力波利用小波變換方法來(lái)進(jìn)行堵塞檢測(cè)及定位具有誤差小、簡(jiǎn)單直觀的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于壓力波傳輸距離較遠(yuǎn)，所以，本文中的方法對(duì)于長(zhǎng)距離的混輸管道具有非常好的適用性。本方法在管道檢測(cè)過(guò)程中相較于其他方法的工作量大大的減少，并且可以對(duì)管線運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，極大的減少了資源的浪費(fèi)。
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