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        負(fù)壓波法管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)實(shí)踐與探索

        2017-01-21 15:48:38慕喜平武博王立
        卷宗 2016年10期
        關(guān)鍵詞:小波變換監(jiān)測

        慕喜平+武博+王立

        摘 要:輸油管道發(fā)生泄漏不僅會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,而且會造成十分嚴(yán)重的環(huán)境污染,所以研究和開發(fā)一套有效的輸油管道泄漏檢測及定位系統(tǒng)具有重要的意義。本文以負(fù)壓波為原理,以LabVIEW與MATLAB為系統(tǒng)開發(fā)平臺,結(jié)合傳感器技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和通信技術(shù),設(shè)計(jì)研發(fā)了輸油管道泄漏實(shí)時(shí)檢測及定位系統(tǒng)。

        關(guān)鍵詞:小波變換;管道泄漏;監(jiān)測

        1 實(shí)施背景

        1、油田安全生產(chǎn)的需要。

        原油輸送管道是油田生產(chǎn)的生命線,如果管線發(fā)生穿孔,將會導(dǎo)致原油漏失、環(huán)境污染等一系列不良后果,如果采取先進(jìn)的科技手段,對輸油管線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,迅速準(zhǔn)確的判斷出泄漏位置。就能使突發(fā)事件得到及時(shí)處理,使損失降到最低限度。

        2、打破泄漏監(jiān)測技術(shù)壟斷的需要。

        市場上有部分公司研制管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng),其實(shí)驗(yàn)環(huán)境都是理想的輸送液體管道,而我們的輸油管道多處于山峁溝壑之間。所以,他們的產(chǎn)品不一定適用于我們的輸油管道在線監(jiān)測,安裝費(fèi)用較高,15萬元/套,只能對重點(diǎn)輸油管線加裝。所以,打破這種技術(shù)壟斷,研發(fā)適用于長慶油田輸油管道在線監(jiān)控系統(tǒng)是有重要意義的。

        2 主要做法

        1、成立科研項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)小組

        2016年3月以來,在廠部的大力支持與領(lǐng)導(dǎo)下,由廠信息中心牽頭組織,成立管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)科研項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)小組。領(lǐng)導(dǎo)小組定期召開會議,總結(jié)階段任務(wù)進(jìn)展情況,明確下階段的重點(diǎn)任務(wù),分析科研項(xiàng)目中存在的問題,進(jìn)行集中解決和處理。

        2、宣傳營造氛圍,推進(jìn)項(xiàng)目工程施工

        2016年3月至2016年8月,化子坪采油作業(yè)區(qū)積極響應(yīng)廠部號召,成立項(xiàng)目工程實(shí)施小組。加大對該科研項(xiàng)目推廣宣傳,營造濃厚科研氣氛,提高員工對該項(xiàng)目工程的認(rèn)知度,推進(jìn)該項(xiàng)目工程建設(shè)。

        3、編制管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)科研項(xiàng)目實(shí)施方案

        2016年5月,廠信息中心牽頭,化子坪作業(yè)區(qū)積極配合,集體討論,編寫《管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)科研項(xiàng)目開題設(shè)計(jì)報(bào)告》以及《管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)科研項(xiàng)目實(shí)施方案》。

        3 項(xiàng)目實(shí)施過程

        1、搭建管道泄漏監(jiān)測實(shí)驗(yàn)環(huán)境

        在管線兩端加裝羅斯蒙特高精度壓力變送器,可實(shí)時(shí)監(jiān)測管線壓力,同時(shí)在途經(jīng)林79-75井組處(距離鐮一轉(zhuǎn)1500m),加裝仿真泄漏的閥門,用來模擬管線泄漏。

        2、驗(yàn)證負(fù)壓波的存在,對方案可行性進(jìn)行評估

        檢索采油四廠2015年以來所有管道泄漏事件,從SCADA系統(tǒng)工業(yè)庫調(diào)用歷史數(shù)據(jù),采用小波變換法濾波,然后進(jìn)行奇異性分析,發(fā)現(xiàn)管道泄漏時(shí),確實(shí)有負(fù)壓波傳輸至上、下游壓力變送器。所以,采用負(fù)壓波法對管道泄漏監(jiān)測定位有一定的可行性。

        3、研發(fā)管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)

        一是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        以數(shù)據(jù)采集卡為處理核心,研制小型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),用來實(shí)時(shí)采集被監(jiān)測輸油管線兩端壓力傳感器壓力值。

        ①電源濾波器:考慮到站點(diǎn)電網(wǎng)不穩(wěn)定,安裝有多臺大功率變頻器等設(shè)備,電源濾波器用來濾除電網(wǎng)50Hz干擾。

        ②24V穩(wěn)壓電源:將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電壓,用來給數(shù)據(jù)采集卡、IV隔離器、光纖收發(fā)器供電。

        ③數(shù)據(jù)采集卡:用來實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場壓力變送器壓力值,并將數(shù)據(jù)傳回至管道泄漏檢測平臺。

        ④隔離配電器:考慮到部分站點(diǎn)地網(wǎng)鋪設(shè)不完善,無法將設(shè)備共地連接,隔離配電器主要用來消除共地環(huán)流,保障采樣精度。

        ⑤納米晶磁環(huán)濾波器:主要用來消除50-100MHz高頻干擾,保障采樣精度。

        ⑥光纖收發(fā)器:因“源場作用”,為了更準(zhǔn)確的檢測負(fù)壓波信號,需將壓力變送器安裝至距離站點(diǎn)100-200m管線上,需通過光纜傳輸信號,故加裝光纖收發(fā)器設(shè)備。

        二是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        通過LABVIEW平臺,自主G語言開發(fā)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)上、下游壓力信號同步采集;利用MATLAB平臺,自主M語言編程,實(shí)現(xiàn)基于圖像處理的算法,精確判斷壓力變化拐點(diǎn),測定泄漏位置。

        ①數(shù)據(jù)采集卡初始化子程序

        上位機(jī)監(jiān)控平臺向數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送采集命令時(shí),首先需要對數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率、通道、量程變換等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

        ②數(shù)據(jù)采集卡采集子程序

        上位機(jī)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡采樣后,數(shù)據(jù)采集卡依據(jù)內(nèi)部硬件時(shí)鐘進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,利用LABVIEW并行處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)上下游數(shù)據(jù)采集卡同步采集。

        ③壓力數(shù)據(jù)濾波子程序

        采用MATLAB自帶的DB6小波,實(shí)現(xiàn)小波變換濾波,濾除噪聲信號,保障壓力數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,為后期泄漏監(jiān)測算法提供可用數(shù)據(jù)。

        ④泄漏監(jiān)測定位算法子程序

        為快速檢測和準(zhǔn)確定位壓力曲線上的負(fù)壓波,提出一種基于圖像處理的算法。該方法將壓力數(shù)值轉(zhuǎn)化為圖像灰度值,將壓力曲線上的負(fù)壓波起始點(diǎn)定位等價(jià)為圖像的邊緣檢測。

        ⑤報(bào)警子程序

        當(dāng)發(fā)生泄漏事故時(shí),LABVIEW通過驅(qū)動(dòng)電腦聲卡,發(fā)出報(bào)警聲音,提醒值班員工,以便在第一時(shí)間將問題解決。

        ⑥截屏子程序

        當(dāng)壓力曲線出現(xiàn)抖動(dòng)時(shí),LABVIEW觸發(fā)截屏子程序,截屏保存,方便員工查看歷史曲線。

        4、靜止承壓管線上測試

        封堵實(shí)驗(yàn)管線兩端,將管線用清水打壓至2.6MPa,然后將研制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝至管線兩端,實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場壓力信號。然后通過放空閘門放水,開展多次泄漏測試,兩端均能監(jiān)測到負(fù)壓波,并能判定泄漏位置,得出負(fù)壓波的傳輸速度約1000m/s。

        5、真實(shí)輸油管線上開展測試

        將鐮二增外輸原油導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)管線,鐮一轉(zhuǎn)處未測到負(fù)壓波??梢詫?shí)時(shí)報(bào)警,但無法定位。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因,就是管線末端,存在較大的高程差,流體重力效應(yīng),導(dǎo)致管線未充滿管道。

        測試后期:將鐮一轉(zhuǎn)進(jìn)站閘門進(jìn)行適度關(guān)閉,提升壓力。鐮二增外輸壓力1.85MPa,鐮三增處測到的壓力1.42MPa,鐮一轉(zhuǎn)處壓力0.85MPa,通過20多次的放油測試,發(fā)現(xiàn)鐮一轉(zhuǎn)、鐮三增處均能監(jiān)測到負(fù)壓波,可以實(shí)時(shí)報(bào)警,并能準(zhǔn)確定位。

        6、真實(shí)輸油管線上安裝試運(yùn)行

        經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)探索,管線泄漏監(jiān)測定位要領(lǐng)全部得到掌握,對化五轉(zhuǎn)、化七增外輸管線加裝管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng),主要對系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行評估,其次,針對員工要求,進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能。

        4 取得效果

        1、初步探索出管道泄漏監(jiān)測的機(jī)理

        應(yīng)力波法是一種很有效的方法,但我們的輸油管線屬于地埋,應(yīng)力波衰減較大,最大監(jiān)測長度1公里,不適用于站點(diǎn)外輸管線。負(fù)壓波法,主要依靠管線泄漏引起物質(zhì)損失,兩端流體不斷向泄漏點(diǎn)處補(bǔ)充,形成了由泄漏點(diǎn)向兩端發(fā)送的負(fù)壓波,該方法簡單可靠,在長慶油田比較適用。

        2、研發(fā)了一套管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)

        通過堅(jiān)持不懈的鉆研,研制了一套基于數(shù)據(jù)采集卡為處理核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并用LABVIEW與MATLAB混合編程的方式,設(shè)計(jì)開發(fā)了一套泄漏監(jiān)測算法軟件平臺,界面友好,操作簡單,采樣頻率500Hz,采樣精度0.01%,泄漏報(bào)警響應(yīng)僅需數(shù)秒,定位誤差小于管線全長的5%,具有完整的自主知識產(chǎn)權(quán)。

        3、建立了一支創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

        通過細(xì)化崗位、組織推動(dòng)、創(chuàng)新載體等做法,成立了化子坪作業(yè)區(qū)艾信創(chuàng)新工作小組,小組成員共計(jì)5人,主要由技能帶頭人以及技術(shù)標(biāo)兵等組成。小組成員主要完成了管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)、SCADA短信層級報(bào)警推送系統(tǒng)、可燃?xì)怏w信號GPRS無線傳輸系統(tǒng)、井組及站點(diǎn)計(jì)量裝置研發(fā)等任務(wù)。

        4、確立了一套解決問題的新方法——焦點(diǎn)輻射法

        本著“有條件要上,沒有條件創(chuàng)造條件也要上”的信念,以存在的復(fù)雜問題為焦點(diǎn),對其進(jìn)行分層次孤立,逐步放大孤立范圍,向外輻射狀排查,尋找問題根源,然后對癥下藥。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]王明安.隱性知識在企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中的作用研究[J].湖南大學(xué),2013:9-8.

        [3]傅家驥.技術(shù)創(chuàng)新學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2015:141-150.

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