输气管道泄漏原因分析（共3篇）
输气管道泄漏原因分析 篇1
0 引言
由于管道设备老化和人为破坏等原因引起的输气管道泄漏时常发生,严重影响输气管道系统的安全,同时也造成巨大的生命财产损失和坏境污染。因此能够及时检测出管道泄漏情况就显得尤为重要。
目前国内外对管道泄漏的检测主要有以下几种方法:直接观测法、管内智能爬机、探测球法、光纤检漏法、GPS时间标签法、声波技术检测法、SCADA系统检测法等。其中声波技术检测法具有对小泄漏量和缓慢泄漏的高灵敏度和抗工况干扰能力强、误报少等优点,近年来逐渐成为石油管道泄漏检测技术中的热门[1,2]。
本文介绍的次声波输气管道泄漏检测系统正是基于次声波在传播过程中的特性,结合现代电子技术设计出来的一款经济实用的检测装备,大大提高了输气管道泄漏检测的精度,降低了成本。
1 测量原理
管道发生泄漏时除了在漏点产生负压波之外还会产生声波,包含了从次声波到超声波的各个频段。由于次声波频率低、波长长、穿透力强、衰减系数小所以能传输较远的距离[3]。本文选择次声波作为检测目标。如图1所示,分别在管道的A、B两端安装有次声波传感器A和B,当管道在X处发生泄漏时在A、B两端的次声波传感器可以接收到具有微弱周期性的次声波信号,由于泄漏点相对与A、B两端的距离不同,传感器A和B接收到次声波信号的时间存在差异,假设次声波传输速度为V,时间差为T,AX的距离小于BX,则:AX=(AB-VT)/2。进而可以确定漏点X的位置[4,5]。
2 系统硬件结构设计
硬件电路设计主要包括传感器数据采集电路、信号控制处理电路和信号传输电路三个部分。系统结构框架图如图2所示。次声波传感器接收到次声波信号,经过低通滤波放大电路将微弱的次声波信号放大,再通过锁相环电路进行检波处理,通过FP G A的定时器测得次声波传输的时间,同时在F P G A上对采集 的信号再 进行处理 , 最后通过CC2530无线传输到控制终端的电脑上,实现智能化监测。
2.1 次声波传感器
次声波传感器选用CDC-2B型电容式次声波传感器,可以将次声波信号转换成电信号,频率响应为0.01~10Hz,灵敏度400m V/Pa,噪声动态范围108d B,工作范围在-10℃到45℃之间。
CDC-2B电容式传感器采用调幅测量电容值变化来反映次声波信息。在电容电桥的输入等幅高频电压,输出端即可测量到相应的调制电压波。根据输出端的电压波形变化就可以测量出是否产生次声波以及次声波持续时间[6]。
2.2 次声波信号采样控制电路
次声波信号采样控制分为两个部分,一是FPGA控制计时功能、二是信号的滤波放大,如图3所示。次声波传感器采集到的信号经过二阶低通滤波器滤去高于20Hz的高频信号,再经过信号放大电路对电压信号进行放大,增强了对微弱信号的检测能力。
由于次声波信号是一种微弱的信号,其中包含有大量的背景噪音,所以在设计滤波器时要充分考虑到灵敏度和准确度之间的相互平衡关系。
电路工作电压为5V,采用LM741作为放大器,电路等效品质因数Q=0.5;系统带宽为20Hz,即截至频率f0=20Hz,由R=1/2πf0c可以计算出电阻和电容数值。经过多次试验,我们最终选择电容大小为10p F,电阻阻值为0.8kΩ。
2.3 次声波数据无线传输模块
CC2530是基于2.4GHz低功耗无线传感网络芯片,RF内核控制无线模块,而且其兼容51单片机内核,提供了和无线设备之间的接口,因此可以非常方便地供我们使用。
由于采集的数据量比较大,而且要求有很高的采样率,采样时对CC2530进行扩展,将采集到的数据先放到SRAM中,然后再通过CC2530传输到终端电脑上。
CC2530芯片内部电压为1.8V和3.3V,而系统其他部件需要5V电源,为了简化电源电路的设计,整个电路输入电压为DC5V,只需要采用DC-DC降压芯片将CC2530处的电压降到3.3V即可。选用LM317三端稳压电源模块,输入电压范围1.2V到37V,匹配简单的外部输出电阻即可设置输出电压,使用简单方便,且从5V降压到3.3V功耗少、散热量小,符合设计要求。
3 系统软件设计
系统的软件设计主要包含主程序、次声波采集程序、次声波转换处理程序和次声波传输程序。由于汇编语言在精细化计算程序运算时间方面相比C语言有很大的优势,因此系统软件设计我们采用C语言和汇编语言混合编程。在控制和处理数据的时候我们采用C语言,在次声波信号采集时采用汇编语言。
3.1 次声波信号采集以及识别算法设计
次声波信号采集以及识别算法我们采用SOPC技术,在FPGA上设计出一个基于“十字法”的SOPC系统,用来模拟Duffing振子检测系统混沌性。
Duffing振子方程的一般形式为:
其中,k为阻尼比;x为系统的输出信号,(x-x3)为非线性恢复力;fcos(t)称为周期性策动力,为周期性策动力幅值。
利用龙格库塔求解f,阻尼比k=0.5,fcos(t)频率为100π。
针对不同频率的微弱信号。设周期策动力的角频率为ω,则任意频率周期信号的Duffing方程形式为:
这样我们就求出了输出时序X与策动力f的关系,利用Duffing_ML方法可以成功检测出测得信号是否脱离混沌状态进入大周期状态。
3.2 CC2530发送数据子程序
CC2530自身携带51内核,拥有串口传输功能,将采集的数据直接通过串口传出。数据传输程序如下:
4 实例分析
现场测试选择管道为天然气长输埋地管道,管径219mm,长度40km,出站压力4.0MPa,进站压力3.0MPa,测试点工作压力为3.4MPa,泄漏孔径设置为直径0.9mm开孔,外加阀门开关。测试时在距离A端18.93km处开启开关。共进行了8次开阀放气试验,现场测试数据如表1所示。
表1现场测试数据 (参见右栏)
当泄漏量和瞬时流量比小于1%时,系统无反应,比例达到2%时,系统已经可以检测到泄漏,大于3%时,系统百分百检测到泄漏。试验表明,此系统对天然气管道的检测灵敏度较高,满足业务需求。
图4所示分别为管道两端实测的次声波泄漏信号。图4-1和图4-2为没有滤波的原始信号,图4-3和图4-4为处理后的信号。原始信号中包含了大量的噪声信号,有可能是泄漏时产生的负压波[7,8],经过滤波和检波处理,可以准确还原出次声波信号,从而精确定位到管道泄漏的地点。在管道的A端接收到次声波的时间为55.67s,管道B端接收到次声波的时间为61.81s,经过计算泄漏点位置距离A点为18.96km,与实际距离相差30m。其测量精度也满足实际业务要求。
图4-3管道A端滤波信号 (参见下页)
图4-4管道B端滤波信号 (参见下页)
5 结束语
本文基于现代电子技术SOPC设计出了天然气管道泄漏检测系统,经过管道泄漏实验表明,此系统能够及时正确检测出管道的泄漏点。与传统的压力检测型仪器相比具有灵敏度高、集成度高以及智能化高等优点,且造价便宜,适合大面积布网检测。
输气管道泄漏原因分析 篇2
2014-04-14 燃气爆炸
2014年，燃气爆炸事件已达70余起，死伤170余人，经济损失达1500万元。燃气泄露是燃气爆炸的根源，常见的燃气泄漏的原因有： 第一，燃气胶管破裂、脱落，导致燃气泄露。
30%的燃气泄露事件都是因胶管破裂、脱落而起，导致胶管破裂脱落的原因有：
1、胶管两端未打卡子或卡子松动。
2、胶管超期使用，老化龟裂。
3、使用易腐蚀、老化的劣质胶管。
4、疏于防范使胶管被老鼠咬坏、尖锐物体刮坏等。
第二、户内燃气管道损坏，导致燃气泄露。
户内燃气管道损坏的主要原因有：
1、长期接触水或腐蚀性物质，导致管道腐蚀。
2、家庭装修、管壁悬挂物品等外力作用，使管道接口松动。
3、管线防腐漆（层）脱落未及时补刷，金属与空气长期接触，导致管线腐蚀。
第三、燃气表损坏，导致燃气泄露。
造成燃气表漏气的主要原因：
1、超期使用内部构件老化，导致燃气渗漏。
2、外力破换，引起燃气表表体或接头损坏，导致泄漏。
第四，燃气灶具点火失败，导致燃气泄露。
燃气点火失败的原因有：
1、风门没调好，进空气口太大，空气太多。
2、打火触点形成污垢或是微动开关失灵。
3、电池没电。
4、电路接触不良。
5、过压保护。
6、管道堵塞。
7、点火针位置不当。
第五，锅内液体溢出，浇灭正在燃烧的火焰，导致燃气泄露。
导致锅内液体溢出的原因有：
1、大火蒸煮发生沸汤，处理不及时。
2、忘记煲汤、煮粥的时间，人员长时间离开。
第六，忘关燃气阀门，导致燃气泄露。
忘关燃气阀门的原因有：
1、缺乏关阀意识。
2、紧急出门或有紧急事件处理。
3、老人或小孩忘记关阀。
4、停气后短期未供气。
第七、燃气阀门接口损坏，导致燃气泄露。
导致燃气阀门损坏的原因：
1、长期开关阀门，阀门松动。
2、年久失修。
3、阀门被腐蚀。
第八、燃气灶具损坏，导致泄露爆炸。
燃气灶具损坏的原因：
1、气灶本身年久失修。
2、气灶质量不合格。
3、人为外力碰触和摩擦导致破坏。
第九、私改燃气管线，导致燃气泄露。
私改管线的原因：
1、为室内美观，私自改造燃气管线。
2、为增加燃气设施，自行增设三通延长管线。
3、贪图小利益，为燃气表不计量或少计量，偷改管线。
第十、燃气公司违规操作，导致燃气泄露。
燃气公司的违规操作主要有：
1、燃气相关单位在新投运管网或管网检修时置换不到位。
2、没有竣工验收或停用的管线盲目投运。
3、置换或维修时未对设备进行全面检查便进行通气。
4、意外泄露发生时未及时到达现场或为采取适宜的处置措施引发二次泄露。
输气管道泄漏原因分析 篇3
关键词：长距离,气管道运输,泄漏检测,清洗技术
在石油工业中, 像原油、天然气等介质长期的穿行于管道之中, 会在管道内留下较多的沉淀、污垢。这些沉积物会导致在运输过程中受到很大的阻力, 对管道壁的材料容易造成一定的腐蚀性伤害, 甚至可能导致管道破裂。而外泄的物质会影响正常的生产、生活, 这些都是不希望出现的, 所以定期的泄漏检测以及清洗是必不可少的。
1长距离运输管道气体泄漏的检测方法
1.1嗅觉传感器
在气管道的一定距离段设置嗅觉传感器, 组成对管道进行随时监控的传感器网络, 再依靠现代网络的先进的信号处理技术, 能够有效的提高气管道检测的准确度、灵敏度。当气管道发生泄漏的时候, 嗅觉的传感器就会立刻发出报警。嗅觉传感器这种检测方式能够将泄漏的地点精确的定位。但是如果从成本方面考虑的话, 在管道的周围如果埋设大量传输装置和传感器, 所使用的成本过高, 而且仅仅是报警泄漏的部位, 并没有提前预报泄漏的功能。
1.2检测管道模型的泄漏
此类方法主要是基于长输管线的水力、热力模型与边界条件计算预报任一时刻管线某一点处的理论输出, 然后将理论与实际检测的数据之差进行比较来实现对泄流的检测。此类检测方法可以运用现有的检测仪表, 主要是泄漏量相对较小的情况下使用, 也不用花费较多资金成本。但是相对于高精度的预报模型就较为复杂、没有搞精度的定位, 而小泄漏的定位所用的时间较长, 不能及时的做出定位。
1.3对声波的泄漏检测
任何介质发生泄漏时, 都会产生噪音, 但是由于气管道壁的束缚, 发生泄漏的噪音在气管道中扩散, 使得气管道壁上的任何点都会出现压力波动以及振动, 这种情况就可以利用声波传感器对其进行检测。声波传感器的原理简单, 但是需要的传感器的数量较多, 而且相互之间的距离不能太长, 埋设之后的维护、修理不方便, 对于泄漏信号的获取以及处理方面都存在一定难度。
1.4人工神经网络技术
首先, 需要分析气管道泄漏检测的基本原理, 并将之弄清楚, 运用LABVIEW分析单传感器在气管道发生泄漏的不同的位置收集泄漏的信号的时域、频域, 以提取时频域特征指标来构造人工神经网络的输入矩阵, 建立能对管道泄漏状况进行分析检测定位的人工神经网络, 从而实现了气管道泄漏检测的单传感器的定位。进行模拟的泄漏实验以及PC机上进行网络技术的方针对泄漏检测是有效的。
2长距离输气管道所使用的清洗技术
在实际的应用中, 主要是以清管器的清洗技术以及水射的技术受到广大欢迎。
2.1清管器清洗技术
运用清管器清洗的基本原理:在外力的作用之下, 清管器在气管道中向前移动, 利用自身把管道内部堆积的污垢, 运用刮擦清除到气管道外面。在运用压力的时候, 可以运用内部流体的压力, 也可以运用外部的气压或者水压来进行清理。
2.1.1系统简介
在清洗气管道内部时, 使用清管器的主要流程图如下, 这套清管器装置在清洗时, 使用方面, 可避免停产。首先将清管器从发射筒送入到气管道之中, 并且确认清管器能够正常的发出信号。在清管器的实际运行中, 要进行沿途跟踪以及定位检测, 而清管器的运行速度需要用背压的大小来进行调整。在使用清洗器清洗气管道的过程中, 需要将污垢及时的排除, 而排污管线则将污水输出。针对现场的实际情况, 可以多使用几个清管器以增加清洗的成效。
2.1.2清洗中应考虑的关键问题
2.1.2.1尺寸计算
在具体的清洗中, 一般都是将清管器几个或者十几个同时使用, 逐步的将气管道管道内的污垢清洗出来。其中最小直径的清管器是用于检查清洗过后, 管道内部是否流畅的作用。只有直径较大的清管器才负责气管道管道的清理。直径大小、类别、实际的污垢厚度、污垢硬度、气管道的规格等都有较大的关联。如果清管器的直径差异过大, 就容易导致阻卡的现象发生。反而言之, 如果清管器的直径差异过小, 会造成资金成本的浪费, 其中在运用最小号的清管器的时候, 实际的尺寸计算的公式为:
m表示的是气管道管道外径n表示的是气管道管壁厚度δ表示的是污垢层的厚度
将最小的尺寸确定好之后, 能够根据类型以及多年的经验来计算确定出清管器的直径最大尺寸, 一般取得内径超过其5%-15%, 计算公式如下:
要根据现场的实际的施工经验来确定dmin和dmax之间的一系列的清管器尺寸。在实际的尺寸计算中, 笔者认为清管器符合等差数列的形式:
清管器总个数计算公式如下:
极差ΔD计算公式如下:
η=污垢层和管内壁的摩擦系数g=重力加速度
L=气管道管道的总长度
ρ=污垢层得质密度
P=驱动介质的最大压强
在求得极差ΔD之后, 每一个清管器的大致尺寸就可以确定下来, 再参考相应的清管器手册, 就能选择除适合的值了。
2.1.2.2种类选择
随着气管道运输的不断发展, 清管器的种类也是各种各样, 他们的性能、用途都有不同。如果选择不恰当, 不能够达到清理管道的目的, 甚至会导致管道堵塞或者穿孔。清管器主要是分为清扫与隔离两大类, 其中清扫清管器才能够起到清洗管道的作用。
2.1.2.3运行检测技术
在实际的清洗作业中, 必须保持地下清管器与地面之间的有效联系, 只有这样才能够随时掌握其运行状况。如果出现了堵卡的情况, 也能及时的确定出现状况的位置, 也能够及时的进行解决。从目前的技术来看, 电子定位技术相对成熟。
3高压水射流清洗技术
3.1高压旋转喷头的结构
为了确保喷头在管道中能自行的前进, 并且要有转弯的能力, 在喷头上需要安排多个后喷喷嘴。为了将管道的堵塞清除干净, 在喷头的前面需要装喷力较强的喷射嘴 (一般1到2个) 。并且为了让喷嘴可以自动旋转, 则需要在和径向成一定角度上添设喷射嘴。
3.2高压水射流管道清洗系统
高压水射流管道的清洗系统主要是由喷射、清洗车还有管道这三部分组成的。图中2和9是联络井, 两井之间一般在数十米的间隔, 最长能够达到300m以上。3为管道, 在清洗的时候会产生一定的污水, 就需要借助排污泵进行清除。将排污泵放置入联络井后, 利用地势以及射流的力量将产生的污水送入流向泵的入口, 然后泵将污水带向地面, 然后用车辆进行处理。
1—清洗车
2—联络井
3—高压软管
4—封隔装置
5—待清洗管道
6—自进式旋转喷头
7—排污泵
8—排污管线
9—联络井
3.3优点
3.3.1使用的介质是自来水, 其价格成本低
3.3.2清洗过的结垢管道, 能够显露金属本色, 且质量较高
3.3.3绿色环保