長輸鐵精礦漿管道泄漏定位及其重點(diǎn)技術(shù)

起先忠 王明著 秦崎峰

摘要：鐵精礦管道輸送生產(chǎn)線是典型的流程工業(yè)過程，具有自動(dòng)化、連續(xù)化、集成化程度高等特點(diǎn)，再加上管道海拔高程落差上千米、鉆山過溝人跡罕至，管線里程長、管線沿途地形復(fù)雜程度大，一旦出現(xiàn)管道泄漏，就可能會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重責(zé)任事故。隨著管道連續(xù)運(yùn)行周期越來越長，存在的泄漏風(fēng)險(xiǎn)也越來越大。管道一旦實(shí)現(xiàn)了泄漏監(jiān)測定位在鐵精礦管道發(fā)揮泄漏報(bào)警及時(shí)、定位準(zhǔn)確的功能，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用，必將推動(dòng)鐵精礦管道輸送技術(shù)的進(jìn)步。建立相應(yīng)知識產(chǎn)權(quán)，為礦漿管道輸送技術(shù)對外發(fā)展方面帶來一定推動(dòng)作用。目前，全世界運(yùn)行的鐵精礦輸送管道中，還沒有一條管道實(shí)現(xiàn)泄漏監(jiān)測定位及時(shí)性、準(zhǔn)確度高的案例，該項(xiàng)目一旦研發(fā)成功，必將為泄漏監(jiān)測定位技術(shù)在鐵精礦管道中的廣泛應(yīng)用開啟新的篇章。本文研究了目前長輸鐵精礦漿管道泄漏定位及其重點(diǎn)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：長輸鐵精礦漿管道；泄漏定位；重點(diǎn)技術(shù)

1.長輸鐵精礦漿管道泄漏定位關(guān)鍵技術(shù)研究

鐵精礦管道輸送涉及技術(shù)研究、人才培訓(xùn)、項(xiàng)目應(yīng)用，在自動(dòng)控制技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、信息化建設(shè)、機(jī)電設(shè)備安裝、機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化改造等方面有較高要求。需要進(jìn)行不斷的技術(shù)研發(fā)，掌握管道輸送核心技術(shù)，在管道建設(shè)、管道輸送工藝、集中控制領(lǐng)域積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。鐵精礦漿管道泄露檢測技術(shù)經(jīng)過了一定時(shí)間的運(yùn)用與探索，目前已經(jīng)形成了比較成熟的體系，檢測泄露中運(yùn)用到的關(guān)鍵技術(shù)包括壓差泄漏檢測技術(shù)、信號處理技術(shù)以及虛擬聲波管道泄漏監(jiān)測技術(shù)，本文重點(diǎn)研究虛擬聲波管道泄漏監(jiān)測技術(shù)。

1.1壓差泄漏檢測技術(shù)

在檢測運(yùn)營管道中的液體過程中可以運(yùn)用壓差泄漏檢測技術(shù)。在管道的運(yùn)行過程中，一旦管道發(fā)生泄漏會(huì)導(dǎo)致中上游的流量增大，但是同時(shí)在管道上游與下游位置處壓力則會(huì)逐漸減小。壓力降低比較明顯的位置在泄漏點(diǎn)位置處，越向外圍壓力會(huì)越小。在較大的漏洞的檢測過程中壓差泄漏檢測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速地檢測，運(yùn)用范圍是針對穩(wěn)定性并且非壓縮性的液體的檢測，在檢測中具有一定的缺陷，難以檢測出泄露的具體位置，在泄露發(fā)生之后難以對其及時(shí)處理。鐵精礦管道輸送方式為固液兩相流，可能存在漿體加速流、磁鉸鏈、層流等流動(dòng)方式；礦漿粒徑分布不一定均勻，特征難以提??；輸送壓力壓差較大，這些特征使得有效實(shí)現(xiàn)泄漏在線監(jiān)測存在一定技術(shù)難度。

1.2信號處理技術(shù)

信號處理技術(shù)運(yùn)用過程中能夠采集到微弱的鐵精礦漿管道泄漏的信號，是目前運(yùn)用的一種新技術(shù)。但是在具體的運(yùn)用過程中會(huì)不同程度地受到噪音的影響。因此要求在運(yùn)用過程中要求進(jìn)行降噪處理，尤其是應(yīng)當(dāng)對管道礦漿的流動(dòng)聲部采用小波去噪方式進(jìn)行處理，從而能夠在眾多的聲音中采集到正確的信號。信號頻率會(huì)受到很多噪音的影響，因此小波降噪處理具有重要的作用，能夠?qū)π盘枡z測中的信號頻率以及噪音進(jìn)行有效識別。在對其進(jìn)行有效識別的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效處理，從而有效定位管道泄漏位置，從而能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效處理。

1.3虛擬聲波管道泄漏監(jiān)測的技術(shù)

虛擬聲波管道泄漏監(jiān)測技術(shù)在長輸管道泄漏定位中具有顯著作用，能夠充分利用管道中液體的壓波的傳播速度輔助位置的判斷。能夠?qū)φ麄€(gè)鐵精礦漿管道中礦漿走向的波速進(jìn)行充分判斷，基于這種理論，一旦發(fā)現(xiàn)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中某一位置的波速出現(xiàn)突然增大，同時(shí)液體的流動(dòng)速度也出現(xiàn)明顯地增強(qiáng)，則能夠判斷出該位置的、液體密度降低買，很有可能是發(fā)生的泄露現(xiàn)象。為此可以綜合采用壓波傳播速度檢測技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行檢測，通過記錄壓波傳播速度判斷出存在峰值的地點(diǎn)，這一位置很可能發(fā)生了泄露。當(dāng)前，管道泄漏監(jiān)測的方法有很多種，其中屬于“水力參數(shù)監(jiān)測”范疇的有管道瞬變模型法（也叫質(zhì)量平衡法）、負(fù)壓波法（也叫減壓水擊波法）、管道流量平衡法等。另外還有 “振動(dòng)聲波監(jiān)測法”，“泄漏聲波監(jiān)測法”等。其中又以“負(fù)壓波法”應(yīng)用相對成功。而“負(fù)壓波法”通過監(jiān)測“泄漏”引起的“壓力下降”來判斷有無泄漏發(fā)生并進(jìn)行定位，但管道輸送過程一些常規(guī)性操作引起的非泄漏“壓力下降”必須屏蔽，否則會(huì)發(fā)生頻繁的無意義報(bào)警。而“流量平衡法”是靠管道兩端的流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測比對進(jìn)出流量，判斷有無泄漏發(fā)生。在礦漿管道泄漏定位報(bào)警在線監(jiān)測系統(tǒng)，將“負(fù)壓波法”與“流量平衡法”二者相結(jié)合，極大的提高了管道泄漏定位報(bào)警的準(zhǔn)確性。目前在石油、天然氣管道輸送方面應(yīng)用廣泛，在礦漿管道中的應(yīng)用總的來說還處在發(fā)展時(shí)期，沒有實(shí)際應(yīng)用。

2.定位技術(shù)利用

在壓差泄漏檢測技術(shù)、信號處理技術(shù)、虛擬聲波管道泄漏監(jiān)測的技術(shù)運(yùn)用過程中可以輔之以下技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)對鐵精礦管道輸送泄漏點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。

2.1建立聲波泄漏檢測數(shù)學(xué)模型確定不同工況狀態(tài)下壓力波速

管道輸送過程中兩站間管段某一點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)壓力突然降低所產(chǎn)生的負(fù)壓力波將沿管道向兩端傳播，瞬時(shí)傳播速度是介質(zhì)粘度、密度、管道管徑、彈性模量的函數(shù)。所以一旦各管段輸送介質(zhì)發(fā)生變化，壓力波速隨之變化給泄漏點(diǎn)的精確定位帶來較大困難。所以必須經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來建立各管段不同工況情況下壓力波傳遞速度的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)管段一旦確定后，結(jié)合管道運(yùn)行過程中的不同工況及變量模擬，采集大量數(shù)據(jù)分析確定壓力波傳遞速度轉(zhuǎn)換聲波效果，為建立聲波泄漏監(jiān)測數(shù)學(xué)模型提供數(shù)據(jù)支撐。以數(shù)學(xué)模型的方式模擬出原有管道的具體運(yùn)行情況，對其中的運(yùn)行情況進(jìn)行綜合性分析，及時(shí)找出其中不合理的位置，一旦發(fā)現(xiàn)不符合數(shù)學(xué)模型建立的整體規(guī)律，即可判斷出其中可能出現(xiàn)了泄露問題，或者是其他方面的問題，從而做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)與及時(shí)解決。

2.2管道泄漏監(jiān)測點(diǎn)及監(jiān)測儀表的確定

根據(jù)已有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施管道泄漏監(jiān)測的理想距離為30公里以內(nèi)，盡量不超過50km，否則會(huì)不同程度影響泄漏監(jiān)測靈敏度。綜合考慮礦漿介質(zhì)密度大于一般單介質(zhì)液體；管道間壓差較大，信號順、逆?zhèn)鬏斔p相應(yīng)也較大；再加上管道中途海拔高低起伏等因素，對于近50公里的長距離泄漏監(jiān)測，技術(shù)難度相對較高，需進(jìn)行不斷的實(shí)驗(yàn)確定。為確保監(jiān)測效果的及時(shí)性及準(zhǔn)確度，應(yīng)用于泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的儀表精度不低于0.075%，同時(shí)配一套專有的數(shù)據(jù)采集RTU（含GPS授時(shí)模塊和GPS天線，功耗小于10W）。

2.3泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)分析軟件開發(fā)

結(jié)合管道安全生產(chǎn)經(jīng)營需求開發(fā)相應(yīng)的分析系統(tǒng)，該項(xiàng)目開發(fā)的泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性。需采用SQLSERVER數(shù)據(jù)庫，在Windows環(huán)境下使用Qt語言編寫。實(shí)現(xiàn)常規(guī)操作帶來的干擾信號誤報(bào)、誤判過濾功能，來確保該系統(tǒng)長期穩(wěn)定高效運(yùn)行。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，系統(tǒng)是電子裝置，不會(huì)對環(huán)境造成影響，也不會(huì)對巡檢、檢修人員造成健康影響。

2.4傳感器合理安裝、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳

傳感器的安裝關(guān)系到是否能獲得管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)所需的準(zhǔn)確信息。因此，必須對傳感器的安裝位置進(jìn)行深入研究，確保把傳感器安裝在適當(dāng)?shù)奈恢?，可獲得管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)分析的準(zhǔn)確信息。當(dāng)傳感器安裝到位后，急需解決的問題是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳回監(jiān)控中心的問題，在復(fù)雜多變的環(huán)境下保證數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，確?；谔摂M聲波管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)感知信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，是影響基于虛擬聲波管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：云南大紅山管道有限公司）