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基于压力传感器的负压波法泄漏检测
chuandongman 发表于 2008/12/9 15:35:16 891 查看 3 回复 [上一主题] [下一主题]
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作者：沈国伟
摘要: 着重讨论了采用负压波技术进行管道泄漏检测和定位技术，从理论上探讨了在管道泄漏情况下的管道运行状态，采用两个压力检测点对管道进行泄漏检测和定位。
关键词:管道泄漏；负压波法；小波分析；检测
中图分类号：TP212.12 文献标识码：A
一、管道泄漏检测系统的研制目的及其意义
管道输送石油产品的泄漏不仅造成宝贵自然资源的浪费、环境污染和影响油田的正常生产，危害工农业生产和人民生活，更重要的是，由于石油产品是易燃、易爆物品，甚至可能具有较强的腐蚀性，泄漏的石油产品还将直接威胁输油管道、设施的安全运行和人民生命财产，进而造成更大的间接损失和恶性事故。所以，及时、准确地发现管道输送石油产品的泄漏、泄漏位置和泄漏量具有重大意义。
我国输油管道自动化水平的提高为管道泄漏检测技术的应用创造了条件，但目前所采集的数据仅服务于一些简单的应用，未能充分发挥自动控制系统的作用，因此，发展管道泄漏检测技术已成当务之急，对石油产品管道的调度、管理和维护以及充分发挥自动控制系统的作用具有重大和深远的影响。
二、检漏系统的性能指标
我们可以从以下几个标准来考虑一个检测系统的性能：
(1) 定位精度：当发生不同等级的泄漏时，对泄漏点位置确定的误差范围；
(2) 检测时间：管道从泄漏开始到系统检测到泄漏的时间长度；
(3) 泄漏检测的范围：系统所能检测管道泄漏的大小范围，特别是系统所能检测的最小泄漏量；
(4) 误报警率：误报警率指管道未发生泄漏而给出报警信号，它们发生的次数在总的报警次数中所占的比例。
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chuandongman 发表于 2008/12/9 15:30:11
2楼 回复本楼三、负压波法泄漏检测（转自中国传动网）
1、负压波法泄漏检测原理
在泄漏发生时，泄漏处立即产生因流体物质损失而引起的局部液体密度减小出现瞬时压力降低和速度差，这个瞬时的压力下降，作用在流体介质上，就作为减压波源，通过管线和流体介质向泄漏点的上下游以声速传播。当以泄漏前的压力作为参考标准时，泄漏时产生的减压波就称为负压波， 其传播的速度在不同规格管线中并不相同，在原油中约为1200m/s。设置在泄漏点两端或泵站两端的传感器拾取压力波信号，根据两端拾取压力波的梯度特征和压力变化率的时间差，利用信号相关处理方法就可以确定泄漏程度和泄漏位置。负压波法是目前国际上应用较多的管线泄漏检测和漏点定位方法。
如何识别泄漏引发的负压波是提高负压波法检测准确性和灵敏度的关键技术之一。针对泄漏时压力传播现象的某些特征，可以采取适当的处理方法。对于既定的输油管线，原油的物理性质(密度、容积弹性系数)已知，则可确定压力波的传播速度，测出压力波就能推算出泄漏位置。泄漏所引起的压力波与人为地开关阀或启停泵时所产生的压力变化截然不同，根据压力波动的情况能比较容易判断出是否泄漏。
2、负压波法泄漏检测及定位
(1)压力波法的检测方法
在管线两端分别安装高灵敏度压力传感器P1和P2通过计算机数据采集系统采集两端的压力，并进行数据处理与分析，如压力波形的时间对齐，干扰噪声的排除，泄漏点的判断等。当两压力点间某一点发生泄漏时，必然会引起两端压力的降低，降幅与泄漏量相关，泄漏量越大，压力降越大。
(2)泄漏位置的定位方法
根据图1所示，有下式成立：
(1)式中，
（2）由于液体压力波动传播速度近1200m/s，而液体正常流速在1.5m/s～3m/s间，因此公式中 的v0可以忽略不计，则可以简化为：
(3)式中，x—泄漏点距出站点距离；
3、负压波法泄漏检测及定位技术关键
（1）压力波法的硬件技术关键是高灵敏度压力传感器的选型与研制，常规压力传感器不能完成对于泄漏产生的微小(分辨率0.0001MPa) 负压波动。同时输送油气和管线吸收能量也使得负压波振荡的物理参量特征减弱。泵机组的运行交变压力噪声、调阀时压力的瞬间变化和管线沿线输送油气进出管线时产生压力变化等因素给采集泄漏信号造成很多困难。
（2）负压波传播到两端点的时间差决定泄漏定位的精度，因此要求数据的采样速率高，数据量大。
4、主要技术指标
管径：Φ60～Φ630集输油管线；
引用 chuandongman 2008/12/9 15:30:11 发表于2楼的内容
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chuandongman 发表于 2008/12/9 15:33:42
3楼 回复本楼四、负压波法泄漏检测硬件总体方案
1、硬件总体方案
负压波法泄漏检测系统由泄漏检测数据处理分析系统和数据采集单元组成，数据采集单元由压力数据采集模块、网络校时或GPS授时模块、有线或无线扩频数据传输模块组成。示意图如图2所示。
2、数据采集系统
在图3数据采集系统中，压力采样是利用PCL818 -HD的接口函数实现的。PCL818-HD为16通道100kHz高增益DAS卡，具有16路单端或8路差分模拟量输入，有100kHz 12位A/D转换能力，附有1K FIFO，可对每个通道的增益进行编程，可使用带DMA的自动通道/增益扫描。PCL818-HD具有一个用于读取微弱信号的高增益(最高1000)可编程放大器。此卡提供了5个最常用的测量和控制功能，即12位A/D转换、D/A转换、数字量输入、数字量输出和计数器/定时器。
3、压力传感器
负压波法泄漏检测要求压力传感器具有很高的灵敏度和分辨率，且具有很好的稳定性．可选用CYB15系列蓝宝石高温压力变送器，它采用进口高精度蓝宝石压力传感器，并经过特定的信号提取及剥离等专利技术进行温度及线性化补偿，产品具有压力范围宽、温度范围广、精确度高、稳定性优良、耐磨损、抗冲击、防腐蚀等显著特点．有关传感器的具体参数和特点可以参考附录1。
4、数据传输通讯
通讯采用无线网桥，计算机采用网卡实现计算机与计算机之间的无线网络连接，网络协议为TCP/IP。无线网桥采用的是2.4G扩频技术。扩频通讯是一种信息传递方式，其信号所占用的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，与所传信息无关；在接受端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息。基于扩频技术的计算机无线网具有抗干扰能力强、易于实现码分多址、安全保密、无须申请频率资源等特点。
5、网络校时或GPS校时
采用Superstar高精度GPS授时，时间标志输出为1pulse/s和GPS时间校准。单机模式精度为200ns，相对定位模式精度为50ns。
6、系统安全及防爆
压力传感器采用本安型，在数据采集端加装安全栅、配线加套管解决一般场所与防爆场所的隔离，解决防爆场所电气防爆问题。
无线网桥天线由于高架(根据建筑物及树木的遮挡情况确定20m～35m)的防雷问题采取加装专用避雷器接地。
(3)系统有良好的接地，解决静电及信号干扰问题。
引用 chuandongman 2008/12/9 15:33:42 发表于3楼的内容
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chuandongman 发表于 2008/12/9 15:35:16
4楼 回复本楼五、小结
采用负压波方法具有很快的响应速度和较高的定位精度，可迅速检测出大的泄漏，自动化程度高，但是对于比较小的泄漏或已经发生的泄漏效果不佳。
参考文献[1] 王占山，陈钢等. 长输管道泄漏检测和定位技术[J].沈阳工业学院学报，2003，22 (2):32-36。
[3] 陈华波，涂亚庆. 输油管道泄漏检测方法综述[J]. 管道技术与设备，2000,38；
[3] 陈华波，涂亚庆. 输油管道泄漏检测方法综述[J]. 管道技术与设备，2000,(1):38-41。原文地址如下：
http://www.chuandong.com/cdbbs/2008-12/9/081299DAC07A34.html
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引用 chuandongman 2008/12/9 15:35:16 发表于4楼的内容
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