本科生-机械故障诊断学-第章-管线泄漏诊断技术

管线泄漏诊断技术

中国石油大学（北京）张来斌梁伟电话公：新科研楼624邮箱：lw@

长输管道施工现场管道施工现场目录一、管线泄漏诊断技术的国内外概况二、管线泄漏诊断的主要方法三、如何根据现有情况开展管线泄漏诊断工作

管道长期运行，泄漏时有发生，影响管道安全运输，对环境和人身财产安全造成威胁。须对管道泄漏进行预防及对泄漏进行及时报警和定位。国外一些发达国家从70年代末已经开始对管道泄漏故障进行研究，80年代末进入较实用的商品阶段。我国对管道泄漏技术的研究起步较晚，在消化吸收国外技术的基础上，也开始逐渐进行现场试验，但由于整套技术还不够完善，目前还未能进入生产运行阶段。一、管线泄漏诊断技术的现状由于管道泄漏多样性、复杂性，因此国内外还没有一种简单、快速、精确、可靠、通用的管道泄漏检测方法。通常检测系统应具有以下基本特征：灵敏性－能检测出从管道渗漏到断裂的全部范围内的泄漏情况，发出正确的报警提示；实时性－从泄漏开始到检出的时间要短，以便管理人员立刻采取行动，减少损失；准确性－误报警率低，定位精度高。系统易维护性－当系统发生故障时，容易调整。系统易适应性－能适应不同的管道环境、不同的输送介质。系统性价比高目前国内外管道的泄漏检测技术基本上可分为两类，一类是基于硬件的方法，另一类是基于软件的方法。基于硬件的方法是指对泄漏物进行直接检测的方法，也称直接检漏法。基于软件的方法又称为间接检漏法，是指借助于计算机系统，通过检测由于泄漏造成的影响，如流量、压力、温度等物理参数的变化来判断泄漏的发生及漏点的位置。

目前，国内外管道泄漏诊断方法主要有以下分类：基于硬件基于软件直接观察法管道泄漏溶解法声波法光纤检漏法放射性示踪检漏法电缆阻抗检测法冲气压力带法准分布式光纤检漏多光纤探头遥测法塑料包覆石英光纤传感器检测光纤温度传感器检漏油溶性电缆渗透性电缆分布式传感电缆质量平衡法压力图像法（压力分布法）压点力法压力波检测法实时模型法分段试压法1、管道内检测技术2.

管道泄漏溶解法3.全线压压力图图像法法4.分段试试压法法二、管管线泄泄漏诊诊断的的主要要方法法负压波波诊断断法实时模模型诊诊断法法音波诊诊断法法相关分分析法法声发射射诊断断法光纤诊诊断法法一、负负压波波诊断断法1、诊诊断原原理泄漏发发生时时，由由于管管道内内外的的压差差，泄泄漏点点处流流体迅迅速流流失，，压力力下降降，泄泄漏点点两边边的液液体由由于存存在压压差而而向泄泄漏点点处补补充，，这一一过程程依次次向上上、下下游传传递，，相当当于泄泄漏点点处产产生了了一个个以一一定速速度传传播的的负压压力波波（减减压波波）。。只要要设置置在泄泄漏点点两端端或泵泵站的的压力力传感感器准准确捕捕捉到到负压压力波波，根根据压压力波波的幅幅值大大小和和波传传播到到上下下游的的时间间差就就可确确定泄泄漏量量和泄泄漏位位置。。典型的的泄漏漏负压压波信信号2、负负压波波法公公式压力传传感器器1泄泄漏点点压压力传传感器器2XL负压波波检漏漏法原原理示示意图图泄漏点点计算算公式式：X=(L+a××Δt)/2▲X：漏漏点至至上游游站距距离（（单位位：m）▲L：上上下游游站间间距离离（单单位：：m））▲a：水水击传传播速速度，，a≈1200m/s，，决定定于管管壁的的弹性性和液液体的的压缩缩性▲Δt：：上下下游传传感器器接收收到压压力波波的时时间差差（单单位：：s））下游泵站上游泵站负压力力波传传播速速度公公式a:水水击压压力波波速，，m/sK:液液体弹弹性系系数：液体体密度度：管材材弹性性系数数，为为管管道横横截面面积增增加量量，为为流流体密密度变变化量量◆上式表表示压力波波速与液体体的弹性系系数K、密密度和和管材的弹弹性△A/ΔP有关。对于于刚性管道道≈≈0，a≈≈，，即无无限流体介介质中微小小扰动的声声速3、负压波波法装置压力传感器器+采集系系统+同步步系统+通通迅系统+工作站4、负压波波诊断法特特点1）工作原原理简单，，具有较高高的响应速速度和定位位精度，是是应用最为为广泛的方方法。2）容易受受到管道运运行工况的的影响。泄泄漏瞬态负负压波较小小，容易被被噪声淹没没，导致难难以分辨。。3）负压波波法检测泄泄漏依赖泄泄漏点产生生突然的压压力降，对对于缓慢发发生的泄漏漏或已经发发生的泄漏漏，负压波波法一般不不能检出，，这是其局局限性。5、管线泄泄漏诊断中中的难点1）泄漏的的负压波信信号较弱时时，诊断系系统需要较较高的信号号采集精度度；2）启停泵泵的干扰信信号较强，，需要干扰扰信号的剔剔除方法；；3）泄漏信信号背景噪噪声大，需需要特定的的降噪方法法以突出负负压波拐点点；4）当管线线走向复杂杂时，需修修正负压波波的速度中国石油大大学的PLDS诊断断系统计算机+双双扭环诊断断仪+通讯讯系统+传传感器+GPS天线线PLDS的的创新技术术1）基于双双扭环(双双RAM)的高速、、不间断数数据采集技技术，采频频可达330KHZ，配合多多线程调度度，可完成成对小泄漏漏点的精确确捕捉；2）奇值分分解降噪技技术，可有有效地降低低、去除各各种干扰噪噪声，同时时保留微弱弱的泄漏信信号；3）多轮次次梯度剔除除负压波诊诊断法，结结合模糊自自适应平滑滑网络技术术，可精确确提取拐点点，适应不不同的管径径，实现准准确定位。。基于多线程程的软件系系统组成PLDS系系统在线诊诊断运行界界面6、PLDS系统的的现场工业业试验的效效果1）试验条条件及达到到的指标2）试验装装置及接线线图3）对小泄泄漏数据的的捕捉4）不同泄泄漏量诊断断及数据处处理5）用奇值值分解对调调泵、调阀阀干扰信号号降噪6）利用地地理信息系系统进行分分情诊断1）试验验条件及已已取得的指指标在兰成渝成成品油管线线的彭州、、成都站安安装了PLDS系统统，进行了了泄漏模拟拟实验。以以分输的方方式模拟泄泄漏的发生生，在管线线中总流量量为457米3/小时的情情况下，分分输泄漏量量为7米3/小时左右右（该分输输量已是现现场流量计计所能识别别的最小分分输量），，泄漏识别别量为7/457≈≈1.5%；同时，，定位精度度也在1.5%以内内。2）兰成成渝成品油油管线的PLDS装装置图计算机+双双扭环诊断断仪+通讯讯系统+传传感器+GPS天线线兰成渝成品品油管线的的压力传感感器接口东北输油局局管线PLDS系统统的装置图图东北输油局局管线的压压力传感器器安装位置置管线线泄漏漏诊断的实实验场地全全景3）兰成成渝管线泄泄漏发生时时A站检测测到的负压压波信号兰成渝管线线泄漏发生生时B站检检测到的负负压波信信号诊断系统捕捕捉到的小小泄漏信号号小泄漏信号小泄漏诊断断结果从图中可以以看出，小小泄漏信号号的开始期期在28——42毫秒秒之间，而而特征拐点点只有1毫毫秒之左右右，在这个个时间内，，PLDS诊断系统统用10个个点对特征征拐点信号号进行了采采集，可以以非常精确确地捕捉到到泄漏发生生的时刻。。4）泄漏漏量为7m3/H的泄漏漏压力信号号泄漏量为30m3/H的泄漏漏压力信号号泄漏量为50m3/H的泄漏漏压力信号号上游站点含含有干扰噪噪声泄漏信信号压力波动大大，拐点难难以提取上游站点奇奇异值分解解降噪后的的泄漏信号号降噪后，突突出了拐点点，易于提提取下游站点含含有干扰噪噪声泄漏信信号压力波动大大，拐点难难以提取下游站点奇奇异值分解解降噪后的的泄漏信号号降噪后，突突出了拐点点，易于提提取5）停泵负负压波干扰扰信号的识识别停泵2停泵1停泵尾波启泵正压波波干扰信