次聲波管道泄漏檢測系統(tǒng)在榆濟(jì)線上的應(yīng)用_圖文

1、一 項目來源2011年11月28日，為了保障榆濟(jì)管道的安全運(yùn)行，中國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)開發(fā)合同，安裝一套天然氣管道的次聲波管道泄漏檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)部署于榆濟(jì)管線宋耿落到郭莊段，管道全長83.9km，管道設(shè)計壓力為8.0Mpa，現(xiàn)階段管道實際運(yùn)行壓力為5.07.0MPa，鋼管管徑為610×12.5mm。二 技術(shù)原理當(dāng)管道破裂而產(chǎn)生泄漏時，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。該振動產(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能夠隨著管道和流

2、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，通過對獲取的信號進(jìn)行分析處理，可以判別管道是否發(fā)生泄漏并能對泄漏位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。三 技術(shù)指標(biāo)（1）定位誤差：50米；（2）報警準(zhǔn)確率：90%；（3）可檢測泄漏孔：10mm/1Mpa四 系統(tǒng)安裝、測試與應(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個閥室和聊城輸氣站，總長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)計依據(jù)（1）按照次聲管道檢測技術(shù)要求和榆濟(jì)管線的實際情況進(jìn)

3、行設(shè)計，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，安裝時需要在1個輸氣站和4個閥室共5處各安裝一套分站檢測設(shè)備。（2）設(shè)備采用太陽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)實時在線并且不會受其他外界因素影響。（3）通過勘察，4個閥室和聊城站內(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)場分站的布控計劃如下：在4個閥室內(nèi)各安裝一套分站，在每個閥室內(nèi)都預(yù)留有注氮孔，可利用此位置安裝傳感器，因此不用開孔。安裝時將注氮孔閥門后面的盲板替換為可安裝傳感器的法

4、蘭即可。設(shè)備箱可安裝在閥室外墻上。閥室內(nèi)沒有220V電源，采用太陽能電池板為設(shè)備充電，自備蓄電池組。采用3G的通訊方式。4.1.3 系統(tǒng)部署計劃表4.1.1 系統(tǒng)部署計劃表序號目 標(biāo)進(jìn) 度工 作 內(nèi) 容1研究大口徑長輸天然氣管道檢測技術(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)場勘查2011.72011.8了解現(xiàn)場情況和系統(tǒng)安裝位置3檢測設(shè)備的設(shè)計、制作2011.82012.10完成現(xiàn)場所需要設(shè)備的制作生產(chǎn)4檢測設(shè)備安裝2011.102012.3設(shè)備的現(xiàn)場安裝5檢測系統(tǒng)調(diào)試2012.32012.6系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試6培訓(xùn)2012.62012.7工作人員培訓(xùn)7運(yùn)行20

5、12.62012.12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)，采用太陽能板為設(shè)備供電，采用3G無線通訊方式。4.3 系統(tǒng)測試系統(tǒng)的分站和主站安裝完畢后，對硬件及軟件進(jìn)行了系統(tǒng)測試。2012年6月14日依次對宋耿落、韓樓、后劉家、聊城站、郭莊進(jìn)行了放氣泄漏試驗，檢測到了次聲波泄漏信號。通過實驗，可以確定在管道發(fā)生泄漏時，目前安裝的次聲波檢測系統(tǒng)可以及時準(zhǔn)確地檢測到次聲波泄漏信號，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行打下了堅實的基礎(chǔ)。下面是宋耿落和聊城站的測試記錄。宋耿落放氣2次，時間分別是：9:33、9:41，如圖4.3.2所

6、示，其中紅色方框表示是同一次放氣各個分站收到的信號情況。圖4.3.1宋耿落放氣2次信號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，更遠(yuǎn)處的后劉家閥室也可以看到對應(yīng)的信號。聊城放氣4次，時間分別是：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分站收到的信號情況，黑色框中的信號是宋耿落上游方向來的工況信號：圖4.3.2聊城放氣信號圖從波形可以看出，在聊城站放氣，相鄰的閥室可以收到明顯的信號，而且遠(yuǎn)處的韓樓閥室甚至宋耿落閥室也可以收到信號。4.4 運(yùn)行期間的例行測試從2012年7月開始，陸續(xù)對榆濟(jì)天然氣管線的次聲波泄漏檢測系統(tǒng)

7、進(jìn)行不定期的測試。截止到2012年10月17日放氣試驗的誤差統(tǒng)計：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，通過河流底部。整改的管線兩端分別安裝閥門，在上游閥門開孔操作時，次聲波泄漏檢測系統(tǒng)檢測到了明顯的信號，如右圖所示有3次信號過程。時間分別是13:15、13:44、13:53。系統(tǒng)對此做了及時準(zhǔn)確的定位報警。波形界面如圖4.5.1所示圖4.5.1 報警界面圖聊城站與郭莊閥室之間操作信號的手動輔助定位的結(jié)果如圖4.5.2所示。圖4.5.2 定位結(jié)果圖【案例二

8、】2012年6月10號，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，從圖形上看信號來自宋耿落閥室上游，不在分站檢測的范圍內(nèi)，不能定位，只能定性的分析在宋耿落方向。經(jīng)過分析得知宋耿落上游某個閥室因故障閥門突然關(guān)閉，之后閥門又打開工作，分站系統(tǒng)均收到波形信號如下圖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；聊城的8階小波也能看到信號，信噪比不是很好，郭莊看不到信號。圖4.5.5 分站8階小波分解波形12：58左右，旁通打開；13:22左右，閥門打開，宋耿落、韓樓、后劉家三處均有明顯信號；聊城因噪聲較大，信號不明顯；郭莊看不

9、到信號。閥門打開一段時間后，能看到一段較明顯的波動，疑似關(guān)閉旁通，圖4.5.6和圖4.5.7分別是五個分站的原始圖形和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。圖4.6.5個分站原始次聲圖4.7. 5個分站8階小波分解波形閥室關(guān)閉和打開，本系統(tǒng)都能收到信號，雖然閥室動作發(fā)生不在檢測系統(tǒng)的檢測范圍之內(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)檢測范圍內(nèi)，將會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系統(tǒng)，經(jīng)過2年研發(fā)及實踐，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)過多次放氣試驗、數(shù)月的現(xiàn)場工況數(shù)

10、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)行放氣測試試驗，次聲波泄漏檢測系統(tǒng)均能成功檢測并且定位。7月下旬開始，陸續(xù)對榆濟(jì)天然氣管線的次聲波泄漏檢測系統(tǒng)進(jìn)行不定期的測試。通過每次階段性的試驗，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)行的情況來看，系統(tǒng)已達(dá)到預(yù)定的各項指標(biāo)要求。該次聲波泄漏檢測系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1、系統(tǒng)采用次聲波檢測的技術(shù)手段，檢測靈敏度與管道發(fā)生泄漏時的泄漏量無直接關(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)通過泄漏信號到達(dá)上下游傳感器的時間實現(xiàn)定位，信號時間通過GPS精確校時，因此泄漏定位更準(zhǔn)確。對發(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系統(tǒng)，安裝了五個分站系統(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，為提高報警定位精度提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，我們根據(jù)閥室的實際情況，設(shè)計了新的仿真測試軟件，用于數(shù)據(jù)處理和定位報警邏輯模塊的測試和調(diào)試。 5、兩次意外