次聲波管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)在榆濟(jì)線上的應(yīng)用.doc

一 項(xiàng)目來(lái)源2011年11月28日，為了保障榆濟(jì)管道的安全運(yùn)行，中國(guó)石油化工股份有限公司天然氣榆濟(jì)管道分公司與北京科創(chuàng)三思科技發(fā)展有限公司簽訂技術(shù)開(kāi)發(fā)合同，安裝一套天然氣管道的次聲波管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)部署于榆濟(jì)管線宋耿落到郭莊段，管道全長(zhǎng)83.9km，管道設(shè)計(jì)壓力為8.0Mpa，現(xiàn)階段管道實(shí)際運(yùn)行壓力為5.07.0MPa，鋼管管徑為61012.5mm。二 技術(shù)原理當(dāng)管道破裂而產(chǎn)生泄漏時(shí)，管道內(nèi)介質(zhì)在管道壓力的作用下，都迅速涌向泄漏處，從泄漏點(diǎn)噴射而出，噴射出的介質(zhì)與破損的管壁高速摩擦，在泄漏處形成振動(dòng)。該振動(dòng)產(chǎn)生的聲波從泄漏處向管道兩端傳播。頻率較低的次聲波信號(hào)能夠隨著管道和流體傳播到很遠(yuǎn)的距離。安裝在管線首尾兩端的高靈敏度聲波傳感器能夠有效的獲取該信號(hào)，通過(guò)對(duì)獲取的信號(hào)進(jìn)行分析處理，可以判別管道是否發(fā)生泄漏并能對(duì)泄漏位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。三 技術(shù)指標(biāo)（1）定位誤差：50米；（2）報(bào)警準(zhǔn)確率：90%；（3）可檢測(cè)泄漏孔：10mm/1Mpa四 系統(tǒng)安裝、測(cè)試與應(yīng)用4.1 系統(tǒng)部署方案系統(tǒng)部署的管線為榆濟(jì)管線宋耿落至郭莊段，管徑610mm，工作壓力5.90Mpa，兩端有宋耿落閥室和郭莊閥室，中間分布有韓樓、后劉家2個(gè)閥室和聊城輸氣站，總長(zhǎng)83.9公里。如圖4.1.1所示圖 4.1.1 宋耿落至郭莊段管線圖4.1.2設(shè)計(jì)依據(jù)（1）按照次聲管道檢測(cè)技術(shù)要求和榆濟(jì)管線的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求榆濟(jì)管線的宋耿落閥室和郭莊閥室段進(jìn)行設(shè)備的安裝，安裝時(shí)需要在1個(gè)輸氣站和4個(gè)閥室共5處各安裝一套分站檢測(cè)設(shè)備。（2）設(shè)備采用太陽(yáng)能電池板加蓄電池的供電方式（在有條件的站內(nèi)可以采用220V電源加蓄電池的供電方式），通訊采用3G的冗余通訊方式。以保證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線并且不會(huì)受其他外界因素影響。（3）通過(guò)勘察，4個(gè)閥室和聊城站內(nèi)都預(yù)留有注氮孔，次聲傳感器可安裝在注氮孔的閥門后面，以不影響管道的正常輸送和維護(hù)為準(zhǔn)。（4）現(xiàn)場(chǎng)分站的布控計(jì)劃如下：在4個(gè)閥室內(nèi)各安裝一套分站，在每個(gè)閥室內(nèi)都預(yù)留有注氮孔，可利用此位置安裝傳感器，因此不用開(kāi)孔。安裝時(shí)將注氮孔閥門后面的盲板替換為可安裝傳感器的法蘭即可。設(shè)備箱可安裝在閥室外墻上。閥室內(nèi)沒(méi)有220V電源，采用太陽(yáng)能電池板為設(shè)備充電，自備蓄電池組。采用3G的通訊方式。4.1.3 系統(tǒng)部署計(jì)劃表4.1.1 系統(tǒng)部署計(jì)劃表序號(hào)目 標(biāo)進(jìn) 度工 作 內(nèi) 容1研究大口徑長(zhǎng)輸天然氣管道檢測(cè)技術(shù)2011.32011.7完成天然氣管道次聲波泄漏系統(tǒng)的硬件和軟件2調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)勘查2011.72011.8了解現(xiàn)場(chǎng)情況和系統(tǒng)安裝位置3檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制作2011.82012.10完成現(xiàn)場(chǎng)所需要設(shè)備的制作生產(chǎn)4檢測(cè)設(shè)備安裝2011.102012.3設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝5檢測(cè)系統(tǒng)調(diào)試2012.32012.6系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試6培訓(xùn)2012.62012.7工作人員培訓(xùn)7運(yùn)行2012.62012.12系統(tǒng)正式運(yùn)行4.2 設(shè)備安裝在宋耿落、韓樓、后劉家、郭莊閥室各安裝一套傳感器設(shè)備，設(shè)備箱位于閥室室內(nèi)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備放置在設(shè)備箱內(nèi)，采用太陽(yáng)能板為設(shè)備供電，采用3G無(wú)線通訊方式。4.3 系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的分站和主站安裝完畢后，對(duì)硬件及軟件進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。2012年6月14日依次對(duì)宋耿落、韓樓、后劉家、聊城站、郭莊進(jìn)行了放氣泄漏試驗(yàn)，檢測(cè)到了次聲波泄漏信號(hào)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以確定在管道發(fā)生泄漏時(shí)，目前安裝的次聲波檢測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)到次聲波泄漏信號(hào)，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。下面是宋耿落和聊城站的測(cè)試記錄。宋耿落放氣2次，時(shí)間分別是：9:33、9:41，如圖4.3.2所示，其中紅色方框表示是同一次放氣各個(gè)分站收到的信號(hào)情況。圖4.3.1宋耿落放氣2次信號(hào)圖從上述波形可以看出在宋耿落閥室放氣，相鄰的韓樓閥室可以收到明顯的信號(hào)，更遠(yuǎn)處的后劉家閥室也可以看到對(duì)應(yīng)的信號(hào)。聊城放氣4次，時(shí)間分別是：19：04，19：10，19：15，19：30。圖4.3.4中紅色方框表示是同一次放氣各個(gè)分站收到的信號(hào)情況，黑色框中的信號(hào)是宋耿落上游方向來(lái)的工況信號(hào)：圖4.3.2聊城放氣信號(hào)圖從波形可以看出，在聊城站放氣，相鄰的閥室可以收到明顯的信號(hào)，而且遠(yuǎn)處的韓樓閥室甚至宋耿落閥室也可以收到信號(hào)。4.4 運(yùn)行期間的例行測(cè)試從2012年7月開(kāi)始，陸續(xù)對(duì)榆濟(jì)天然氣管線的次聲波泄漏檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行不定期的測(cè)試。截止到2012年10月17日放氣試驗(yàn)的誤差統(tǒng)計(jì)：共放氣24次，平均誤差為19.7米，最大誤差為44米4.5 系統(tǒng)應(yīng)用情況【案例一】2012年7月2日聊城站與郭莊閥室之間，距聊城站12km處，此處一段主管線由直線型整改為U型線，通過(guò)河流底部。整改的管線兩端分別安裝閥門，在上游閥門開(kāi)孔操作時(shí)，次聲波泄漏檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到了明顯的信號(hào)，如右圖所示有3次信號(hào)過(guò)程。時(shí)間分別是13:15、13:44、13:53。系統(tǒng)對(duì)此做了及時(shí)準(zhǔn)確的定位報(bào)警。波形界面如圖4.5.1所示圖4.5.1 報(bào)警界面圖聊城站與郭莊閥室之間操作信號(hào)的手動(dòng)輔助定位的結(jié)果如圖4.5.2所示。圖4.5.2 定位結(jié)果圖【案例二】2012年6月10號(hào)，宋耿落分站系統(tǒng)，韓樓分站系統(tǒng)，后劉家閥室先后收到信號(hào)，從圖形上看信號(hào)來(lái)自宋耿落閥室上游，不在分站檢測(cè)的范圍內(nèi)，不能定位，只能定性的分析在宋耿落方向。經(jīng)過(guò)分析得知宋耿落上游某個(gè)閥室因故障閥門突然關(guān)閉，之后閥門又打開(kāi)工作，分站系統(tǒng)均收到波形信號(hào)如下圖4.5.4，圖4.5.5。圖4.5.4分站原始次聲波形圖從圖中可以看出：宋耿落、韓樓、后劉家三處均有明顯信號(hào)；聊城的8階小波也能看到信號(hào)，信噪比不是很好，郭莊看不到信號(hào)。圖4.5.5 分站8階小波分解波形12：58左右，旁通打開(kāi)；13:22左右，閥門打開(kāi)，宋耿落、韓樓、后劉家三處均有明顯信號(hào)；聊城因噪聲較大，信號(hào)不明顯；郭莊看不到信號(hào)。閥門打開(kāi)一段時(shí)間后，能看到一段較明顯的波動(dòng)，疑似關(guān)閉旁通，圖4.5.6和圖4.5.7分別是五個(gè)分站的原始圖形和8截小波分解圖，圖形中能明顯的觀察到次聲波變化的信號(hào)。圖4.6.5個(gè)分站原始次聲圖4.7. 5個(gè)分站8階小波分解波形閥室關(guān)閉和打開(kāi)，本系統(tǒng)都能收到信號(hào)，雖然閥室動(dòng)作發(fā)生不在檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)范圍之內(nèi)，本系統(tǒng)仍然能定性的給出發(fā)生的方位，如果閥室關(guān)閉的地點(diǎn)在系統(tǒng)檢測(cè)范圍內(nèi)，將會(huì)精確判斷故障閥室位置，為閥室管理提供依據(jù)。五 研究結(jié)論榆濟(jì)天然氣管道次聲波管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)2年研發(fā)及實(shí)踐，于2011年12月在榆濟(jì)天然氣管道宋耿落閥室至郭莊閥室段成功安裝。經(jīng)過(guò)多次放氣試驗(yàn)、數(shù)月的現(xiàn)場(chǎng)工況數(shù)據(jù)采集和分析管理軟件的不斷完善，目前系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行。期間，使用單位多次進(jìn)行放氣測(cè)試試驗(yàn)，次聲波泄漏檢測(cè)系統(tǒng)均能成功檢測(cè)并且定位。7月下旬開(kāi)始，陸續(xù)對(duì)榆濟(jì)天然氣管線的次聲波泄漏檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行不定期的測(cè)試。通過(guò)每次階段性的試驗(yàn)，我們多次改進(jìn)數(shù)據(jù)算法、提高了泄漏定位的可靠性和和準(zhǔn)確性。從系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行的情況來(lái)看，系統(tǒng)已達(dá)到預(yù)定的各項(xiàng)指標(biāo)要求。該次聲波泄漏檢測(cè)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1、系統(tǒng)采用次聲波檢測(cè)的技術(shù)手段，檢測(cè)靈敏度與管道發(fā)生泄漏時(shí)的泄漏量無(wú)直接關(guān)系，與泄漏孔徑和泄漏前的壓力有關(guān)系，即與管道發(fā)生泄漏時(shí)產(chǎn)生的聲波聲強(qiáng)有關(guān)系，因此系統(tǒng)反應(yīng)靈敏。2、次聲波系統(tǒng)通過(guò)泄漏信號(hào)到達(dá)上下游傳感器的時(shí)間實(shí)現(xiàn)定位，信號(hào)時(shí)間通過(guò)GPS精確校時(shí)，因此泄漏定位更準(zhǔn)確。對(duì)發(fā)生管道盜氣、泄漏事故的搶維修工作可提供準(zhǔn)確的依據(jù)。4、榆濟(jì)管道上的次聲波管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，安裝了五個(gè)分站系統(tǒng)，依次是宋耿落、韓樓、后劉家、聊城和郭莊，分站數(shù)量的增加，為提高報(bào)警定位精度提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，我們根據(jù)閥室的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了新的仿真測(cè)試軟件，用于數(shù)據(jù)處理和定位報(bào)警邏輯模塊的測(cè)試和調(diào)試。 5、兩次意外事