一種液壓支架液泄漏檢測(cè)方法的應(yīng)用

馮彥輝，李大林

(1.中國石化潤(rùn)滑油有限公司華東分公司，上海 200137；2.中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116031)

0 引言

隨著煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平越來越高，運(yùn)用超長(zhǎng)距離供液管線來保障煤礦生產(chǎn)液壓支架正常工作成為重要的方法，但管道的泄露問題不但會(huì)影響正常生產(chǎn)，還有可能引發(fā)安全事故，需要采取綜合治理方式加以預(yù)防。按照預(yù)防為主、安全第一的原則，預(yù)防和應(yīng)對(duì)管道泄露最主要的思路就是運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)管理的方法，提前識(shí)別、估計(jì)、預(yù)判、監(jiān)測(cè)泄漏點(diǎn)和可能的泄露段。對(duì)管線的全天候監(jiān)測(cè)不但要監(jiān)測(cè)管道涂層泄露，更要監(jiān)測(cè)管道內(nèi)的泄露。監(jiān)測(cè)需要相關(guān)檢測(cè)的數(shù)據(jù)作為支持，而業(yè)內(nèi)比較成熟和先進(jìn)的管道檢測(cè)方法卻不能直接運(yùn)用于超長(zhǎng)距離供液管線，因此需要開發(fā)簡(jiǎn)單實(shí)用的管道泄露檢測(cè)新技術(shù)。超長(zhǎng)距離管道檢測(cè)方法不僅是煤炭安全生產(chǎn)的必須，也可以為管道的修復(fù)提供可靠的依據(jù)。同時(shí)，對(duì)液壓支架液的研究應(yīng)用，也成為潤(rùn)滑油公司研發(fā)和生產(chǎn)的一個(gè)工作重點(diǎn)。支架由安設(shè)在巷道或硐室的乳化液泵站供液。當(dāng)壓力乳化液通過控制系統(tǒng)進(jìn)入立柱后，支架就升起初撐頂板，隨著頂板下沉，支架對(duì)頂板的支撐阻力增高，由安全閥來限定立柱內(nèi)閉鎖液體的壓力，實(shí)現(xiàn)恒阻支撐。

1 某綜采區(qū)放頂煤開采工作面管道檢測(cè)方法的選擇

1.1 某綜采區(qū)放頂煤開采工作面的特點(diǎn)

一般的遠(yuǎn)距離供液管線，長(zhǎng)度在1000～3000 m之間，工作人員沿管線巡查時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄露及其他問題，管路出現(xiàn)問題后的排查檢修也相對(duì)方便一些。但長(zhǎng)度在3000 m以上時(shí)，如果管路出現(xiàn)問題，則需要花費(fèi)更多的時(shí)間和人力來進(jìn)行排查巡視。

某綜合機(jī)械化放頂煤開采工作面走向長(zhǎng)度近6000 m，傾向長(zhǎng)度也有280 m。相比較其他煤礦，該煤礦的工作面距離更長(zhǎng)，工況更復(fù)雜。通過人力巡視來排查管線安全問題，不僅周期長(zhǎng)效率低，而且容易錯(cuò)過泄漏點(diǎn)，隱患比較大。工作面示意見圖1。

1.2 巡查人員的技能和責(zé)任心

該煤礦生產(chǎn)中使用的管道泄漏檢測(cè)方法，主要是用來檢測(cè)管道自身的完好性，可以從人員、設(shè)備、原料、方法和環(huán)境多個(gè)方面分析。

管道泄漏檢測(cè)相關(guān)的部門要加強(qiáng)對(duì)員工的職業(yè)道德和職業(yè)情感培訓(xùn)，認(rèn)真負(fù)責(zé)地做好本職工作。儀器設(shè)備監(jiān)測(cè)人員要掌握設(shè)備的工作原理、工作流程、維修檢修、結(jié)果判斷等基本技能；管道巡視人員需要培養(yǎng)有經(jīng)驗(yàn)的工作人員，運(yùn)用人體自身的眼耳鼻舌身等感覺器官，用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的方法來辨顏色、聞氣味、察熱度、聽聲音，以檢測(cè)出管道液體、氣體的泄漏點(diǎn)。有時(shí)輔助通過專門訓(xùn)練過的動(dòng)物，通過感官感覺的異常發(fā)出警報(bào)，再由人工來確認(rèn)泄漏的具體位置。這種方法主要依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，易受到主觀干擾，而且很難準(zhǔn)確預(yù)判泄漏點(diǎn)，只能在泄漏有明顯征兆時(shí)才發(fā)揮作用。

雖然人工巡視受外界環(huán)境因素的影響大，且連續(xù)性差，靈敏性不高，只能針對(duì)管道長(zhǎng)度在1000～3000 m左右的較短距離，但由巡線員沿管道來回巡查礦中的供液管道系統(tǒng)還是必須的。煤礦超長(zhǎng)的管道系統(tǒng)全部應(yīng)用人工巡視不太合適，會(huì)消耗太多人力、財(cái)力、物力，而且隱患較多、安全性差。

1.3 檢測(cè)儀器設(shè)備的可靠性和準(zhǔn)確性

在管線的拐彎、接口和閥門等關(guān)鍵部位，依靠不同的儀器設(shè)備等硬件裝置來輔助檢測(cè)確定泄漏位置[1]，傳感儀可以檢測(cè)溫度、壓力、流量和聲音等，進(jìn)行數(shù)據(jù)的貯存和處理，也可配備監(jiān)視和照相設(shè)備。這種檢測(cè)方法可以用于煤礦液壓支架中的的供液管道，但成本較高。所用典型裝置根據(jù)設(shè)計(jì)原理有五種類型：氣體取樣檢測(cè)器、溫度檢測(cè)器、聲學(xué)檢測(cè)器、電參數(shù)檢測(cè)器和管內(nèi)行走檢測(cè)器。

1.3.1 氣體取樣檢測(cè)器

在用的氣體取樣檢測(cè)器有火焰電離檢測(cè)器和可燃?xì)怏w檢測(cè)器。在有電場(chǎng)存在時(shí)，烴類(氣態(tài))在純氫火焰的灼燒下會(huì)產(chǎn)生帶電碳原子，火焰電離檢測(cè)器將碳原子收集到一個(gè)電極板上并計(jì)數(shù)；當(dāng)碳原子的數(shù)量超過預(yù)設(shè)值時(shí)，表明周圍空氣中存在超過警戒濃度的可燃?xì)怏w，檢測(cè)器即報(bào)警?；诮佑|燃燒原理的可燃性氣體檢測(cè)器，可檢測(cè)約22.4×104mol/m3氣體，對(duì)管道的氣體泄露很有用。

1.3.2 溫度檢測(cè)器

管道中的流體泄漏會(huì)引起管道周圍環(huán)境的溫度變化，露天管道用搭載在車輛、無人機(jī)上的溫度檢測(cè)器，通過監(jiān)測(cè)泄漏引起的熱點(diǎn)來進(jìn)行判斷和報(bào)警。先進(jìn)的大面積溫度傳感器技術(shù)的應(yīng)用，使溫度檢測(cè)器更加實(shí)用。目前已經(jīng)有采用多傳感器電纜和運(yùn)用光導(dǎo)纖維的光學(xué)時(shí)間域反射測(cè)定法，檢測(cè)泄漏附近溫度的變化。

1.3.3 聲學(xué)檢測(cè)器

管道流體滲漏發(fā)生后，流體會(huì)流出管道并發(fā)出異常聲音，按照管道內(nèi)流體物理性質(zhì)決定的聲波速度傳播，這種波可以運(yùn)用聲音檢測(cè)器檢測(cè)。在管道內(nèi)通過檢測(cè)聲音信號(hào)，在正常運(yùn)行的聲音中鑒別出泄漏的聲音，從而發(fā)現(xiàn)泄漏。每個(gè)儀器檢測(cè)的范圍有限，一般會(huì)沿管道安裝多個(gè)聲音傳感器。

1.3.4 電參數(shù)檢測(cè)器

電參數(shù)檢測(cè)器主要通過電纜阻抗和土壤電參數(shù)來檢測(cè)泄漏點(diǎn)。在管道建設(shè)時(shí)，沿管道鋪設(shè)一種電纜，該電纜能與管道內(nèi)流體進(jìn)行某種反應(yīng)。泄漏發(fā)生時(shí)，則泄漏的流體會(huì)與電纜發(fā)生反應(yīng)，改變了電纜的阻抗特性，電參數(shù)檢測(cè)器檢測(cè)到此信號(hào)并將信號(hào)傳送到檢測(cè)中心，可利用長(zhǎng)度和阻抗、電阻率的關(guān)系，來確定泄漏的位置和泄漏程度。所用材料的導(dǎo)電率、絕緣阻抗熱穩(wěn)定性好、不易燃燒、化學(xué)穩(wěn)定性好，目前主要用于天然氣管道，但不適合礦山中的乳化液管道。流體泄漏會(huì)引起管道周圍土壤電參數(shù)的變化，可通過檢測(cè)土壤電參數(shù)準(zhǔn)確定位地下管道的泄漏。

1.3.5 管道行走檢測(cè)器

在操作人員的遠(yuǎn)端控制下，這種可在管道內(nèi)行走的機(jī)械攜帶一種或多種傳感器，進(jìn)行一系列的管道檢測(cè)維修作業(yè)，是理想的管道自動(dòng)化檢測(cè)裝置。管道檢測(cè)機(jī)器人可以對(duì)管道環(huán)境進(jìn)行智能化識(shí)別，自動(dòng)完成檢測(cè)任務(wù)。通過移動(dòng)載體在管道內(nèi)行走，通過視覺系統(tǒng)、信號(hào)傳送系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，利用超聲波傳感器、漏磁通傳感器等多種檢測(cè)傳感器，檢測(cè)相關(guān)參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)泄漏檢測(cè)和報(bào)警。

1.4 液壓支架管線輸送液體的物理化學(xué)特征

根據(jù)曹家灘綜采區(qū)第二個(gè)綜合機(jī)械化放頂煤開采工作面液壓支架液體的物理化學(xué)特性，設(shè)計(jì)新的管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警定位系統(tǒng)勢(shì)在必行。液壓支架液是為煤炭行業(yè)長(zhǎng)壁開采過程配套的產(chǎn)品，用于煤礦井下液壓支架和外注式單體液壓支柱的液壓系統(tǒng)，起著傳遞動(dòng)力、防銹等作用。管線中的液體按類型分為兩大類：乳化油和濃縮液。按適用水質(zhì)的最高硬度分成8個(gè)等級(jí)，按推薦使用濃度再組合出多個(gè)規(guī)格，如4%、5%等。液壓支架用乳化油/濃縮液主要指標(biāo)見表1，試驗(yàn)方法分別是標(biāo)準(zhǔn)MT/T 76-2011的6.2～6.8。

表1 液壓支架用乳化油/濃縮液主要指標(biāo)

1.5 軟件監(jiān)測(cè)方法的可靠性和準(zhǔn)確性

管道發(fā)生泄漏時(shí)，流量、壓力和溫度等運(yùn)行參數(shù)會(huì)發(fā)生一定的變化，據(jù)此對(duì)泄漏進(jìn)行判斷可以采用計(jì)算機(jī)軟件方法。利用計(jì)算機(jī)軟件包對(duì)各種傳感器以及SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))提供的管道運(yùn)行參數(shù)變化，進(jìn)行處理分析，可以檢測(cè)管道流體的泄漏。

1.5.1 質(zhì)量流量平衡法

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在未有泄漏發(fā)生的完好管道中，進(jìn)入管道的流體質(zhì)量流量等于流出管道的質(zhì)量流量。一旦發(fā)生泄漏，特別是泄露程度達(dá)到某一定量時(shí)，在入口處和出口處就形成明顯的流量差。通過檢測(cè)管道上多點(diǎn)位的輸入和輸出流量，或檢測(cè)管道兩端泵站的流量，就能夠?qū)⑿盘?hào)匯總形成質(zhì)量流量平衡圖像，只要根據(jù)發(fā)生泄漏時(shí)圖像的變化特征，就可確定管道流體泄露的程度和大致的位置。根據(jù)管道容量=管道流進(jìn)量-管道流出量=常量，運(yùn)用儀器儀表檢測(cè)一段管道上、下游的流量差，當(dāng)差值超過某一額定閾值(常量+ΔV)時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警[2]。也可以在測(cè)試上、下游流量差的基礎(chǔ)上，引入補(bǔ)償變量，如壓力變化、溫度變化、管道容量波動(dòng)等。即使在管道的壓力以及流速變化不大的情況下，該方法也可以檢測(cè)出泄漏的存在。

1.5.2 壓力分布法

壓力點(diǎn)分析法用來檢測(cè)管道上若干檢測(cè)點(diǎn)的壓力，因?yàn)榱黧w從某一穩(wěn)態(tài)過渡到另一穩(wěn)態(tài)時(shí)，管道內(nèi)流體的壓力、速度和密度等參數(shù)會(huì)有一定的變化，據(jù)此可以作為判斷其中是否有流體泄漏的信號(hào)。具體做法是，將壓力傳感器分別設(shè)置在管道沿線的各個(gè)截?cái)嚅y處，采集各處的壓力信號(hào)，經(jīng)過匯總構(gòu)成該管道的整體壓力分布圖，然后根據(jù)壓力曲線的梯度特征，來判斷和確定流體的泄漏程度和泄漏位置。當(dāng)處于穩(wěn)定工況時(shí)，管線內(nèi)流體的壓力、速度和密度的分布不隨時(shí)間而變化；當(dāng)管線上的泵或壓縮機(jī)的供給能量發(fā)生變化時(shí)，相關(guān)參數(shù)會(huì)出現(xiàn)連續(xù)變化；當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，管道內(nèi)的流體會(huì)過度到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)，相關(guān)參數(shù)會(huì)出現(xiàn)梯度性變化。該方法在礦業(yè)開采的遠(yuǎn)距離供液管路中應(yīng)用較多，但需要初期采集大量的原始測(cè)量數(shù)據(jù)，而且很難對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

1.5.3 負(fù)壓波法

在管道發(fā)生泄漏時(shí)，因流體物質(zhì)損失而引起局部流體密度減小，會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)的壓力降低和速度差，這個(gè)瞬時(shí)的壓力下降，作用在流體介質(zhì)上就作為減壓波源，通過管道和流體介質(zhì)向泄漏點(diǎn)的上下游以聲速傳播。當(dāng)以泄漏前的壓力作為參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，泄漏時(shí)產(chǎn)生的減壓波就呈現(xiàn)為負(fù)壓波，其傳播的速度在管道和輸送的流體中并不相同。設(shè)置在泄漏點(diǎn)兩端或泵站的傳感器拾取到該壓力波信號(hào)，根據(jù)兩端拾取壓力波的梯度特征和壓力變化率的時(shí)間差，利用信號(hào)相關(guān)的處理方法，就可確定泄漏程度和泄漏位置。

為及時(shí)對(duì)文件進(jìn)行宣貫，本實(shí)驗(yàn)室在每個(gè)文件的頁眉均設(shè)計(jì)了“發(fā)布日期”“修訂日期”“實(shí)施日期”；且在“發(fā)布日期”“修訂日期”“實(shí)施日期”之間存在一個(gè)時(shí)間緩沖期，這是文件的宣貫時(shí)間。文件在流程中被批準(zhǔn)后，由質(zhì)量管理部門的管理者傳閱給文件適用部門，對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行宣貫，為文件的執(zhí)行做好準(zhǔn)備。

1.5.4 瞬變流模型法

瞬變流模型法利用流體狀態(tài)方程、質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒四大方程，建立準(zhǔn)確描述管內(nèi)瞬變流動(dòng)過程的數(shù)學(xué)模型，通過流體速度、溫度、壓力、比重和黏度等多種變量的變化，來預(yù)測(cè)管道的狀態(tài)。還能通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行求解，再根據(jù)計(jì)算值和測(cè)量值的偏差來判斷和檢測(cè)泄漏現(xiàn)象。當(dāng)實(shí)際的測(cè)量值與模型的計(jì)算值之間的差值超過了某一閾值，就發(fā)出泄漏報(bào)警。這種方法不但可以進(jìn)行泄露定位，還可以估算泄漏發(fā)生的時(shí)間及泄漏量的大小，但建模及計(jì)算所需的工程量都相當(dāng)大，而且誤報(bào)警率較高，相關(guān)的設(shè)備和軟件安裝費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用也偏高。

1.6 液壓支架管線的工作環(huán)境

在綜合機(jī)械化采煤中，液壓動(dòng)力裝置的液壓支架系統(tǒng)是不可缺少的配套設(shè)備，利用液體壓力產(chǎn)生支撐力并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移設(shè)來進(jìn)行頂板支護(hù)和管理。液壓支架結(jié)構(gòu)用來控制采煤工作面的礦山壓力，采面礦壓以外載的形式作用在液壓支架上。液壓支架要適應(yīng)采面圍巖，其間形成相互作用的力學(xué)系統(tǒng)，要求液壓支架的各支承件合力與頂板作用在液壓支架上的外載合力正好在同一直線上。在綜采區(qū)122108工作面液壓支架的供液管線，液壓支架的工作環(huán)境，一種是水平面和小于等于10°的緩傾斜厚煤層沿底板一次放頂煤采全高開采的長(zhǎng)壁綜采工作面，另一種是有極傾斜的特厚煤層水平分層放頂煤綜采工作面。液壓支架結(jié)構(gòu)縱橫向穩(wěn)定性好，防護(hù)性能強(qiáng)，移架速度快，對(duì)頂板適應(yīng)性強(qiáng)。

2 管線泄漏檢測(cè)新方法的建立

2.1 建立管線泄漏檢測(cè)新方法的依據(jù)

為了找出適合該綜采區(qū)第二個(gè)綜合機(jī)械化放頂煤開采工作面的超長(zhǎng)距離供液管線泄漏的檢測(cè)方法，對(duì)近年來的文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研。某個(gè)鹽鹵全長(zhǎng)187 km的管道，干線長(zhǎng)146 km，管徑為Φ559 mm，末端有兩個(gè)分輸出口，一個(gè)鹽場(chǎng)支線20 km，另一鹽場(chǎng)支線21 km。該管道單段距離超長(zhǎng)、有分支，且輸送量大，采用“負(fù)壓波+輸差分析”測(cè)漏原理，其輸鹵管道測(cè)漏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了管道泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警與定位，可以保障管道的安全運(yùn)行[3]。

李堯斌等利用輸氣管道泄漏聲波測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了圓形孔、三角形孔、矩形孔和不規(guī)則形孔的泄漏實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同孔形的泄漏聲源頻譜均在50～52 kHz范圍內(nèi)存在突出頻響，為聲波檢測(cè)法的開發(fā)和應(yīng)用提供了參考依據(jù)[4]。王正等基于負(fù)壓波多壓力傳感器，提出一種管道泄漏檢測(cè)的新方法，提高了管道泄漏檢測(cè)的準(zhǔn)確度、降低了漏報(bào)率，而且能夠提高系統(tǒng)泄漏點(diǎn)的定位準(zhǔn)確度[5]。楊珉等提出了一種基于泄漏檢測(cè)預(yù)測(cè)卡爾曼濾波(LPKF)水管線監(jiān)測(cè)(WPM)方法，解決了針對(duì)長(zhǎng)輸管道泄漏的檢測(cè)和定位問題[6]。

焦敬品等進(jìn)行了供水管道多泄漏點(diǎn)聲定位方法研究，研究了多泄漏點(diǎn)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)及環(huán)境噪聲對(duì)供水管道泄漏定位的影響，為實(shí)際供水管道多泄漏點(diǎn)檢測(cè)及定位提供了可行的解決方案[7]。

楊丹迪等提出了一種改進(jìn)的VMD(Variational Modal Decomposition, 變分模態(tài)分解)算法，能較精確地選取有效模態(tài)分量。改進(jìn)的VMD算法能較精確地選取有效模態(tài)分量，具有較好的去噪效果，驗(yàn)證了在管道泄漏檢測(cè)中的有效性。

2.2 管線泄漏檢測(cè)新方法的原理

該煤礦原使用的方法，是檢測(cè)管道輸入端和輸出端的流速或壓力值的變化。當(dāng)管道流速和壓力有快速變化(如上游流速增加、壓力降低)的現(xiàn)象，就說明了有泄漏的發(fā)生。但這種方法僅適用于近似靜止?fàn)顟B(tài)的、壓力較低的流體泄漏檢測(cè)，而且只能檢測(cè)出較大的泄漏，且無法對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。

當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，由于管道內(nèi)外出現(xiàn)壓差，使泄漏處的壓力突降，泄漏處周圍的液體由于壓差的存在向泄漏處補(bǔ)充，在管道內(nèi)突然形成負(fù)壓波動(dòng)。此負(fù)壓波從泄漏點(diǎn)向管道的上端和下端傳播，并以指數(shù)率衰減，逐漸歸于平靜，這種壓力波動(dòng)和正常壓力波動(dòng)的態(tài)勢(shì)是全然不同的，它具有更加陡峭的前沿。安裝在兩端的高敏壓力變送器接收到該波信號(hào)并被采集系統(tǒng)采錄。系統(tǒng)將結(jié)合壓力和流量的變化特征，來判斷泄漏是否發(fā)生；通過測(cè)量泄漏時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)壓力波到達(dá)上、下端的時(shí)間差和管道內(nèi)壓力波的傳播速度，計(jì)算出泄漏點(diǎn)的位置。為了克服管道噪聲等因素的干擾，采用小波變換和相關(guān)分析負(fù)壓波的傳播規(guī)律和管道內(nèi)的噪聲、水擊波等變換特點(diǎn)，并結(jié)合管道管壁的彈性和液體的物理參數(shù)、物理特性進(jìn)行分析、處理、計(jì)算。對(duì)于一般輸送原油的鋼質(zhì)管道而言，負(fù)壓波傳播速度約為1000～1200 m/s。該項(xiàng)技術(shù)的分析方法對(duì)于突發(fā)性泄漏比較敏感，適合監(jiān)視因人為引起的泄漏，但是對(duì)于緩慢的腐蝕滲漏不十分敏感。

該系統(tǒng)根據(jù)壓力波響應(yīng)的時(shí)間差、管道長(zhǎng)度、壓力傳播速度，建立基本的數(shù)學(xué)理論模型[8]。系統(tǒng)又根據(jù)因管道物理參數(shù)、被輸介質(zhì)的理化性質(zhì)以及溫度衰減等因素對(duì)壓力波的傳遞速度造成的衰減變化，進(jìn)行了必要的補(bǔ)償和修正。

如果從管道內(nèi)的流量作為切入點(diǎn)，同時(shí)對(duì)比壓力變動(dòng)情況，研究管道的泄漏問題，理論上會(huì)取得更好的效果。以負(fù)壓波法為基本方法，利用管道瞬態(tài)模型，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定報(bào)警、定位的分析方式，建立了管線泄漏檢測(cè)新方法。此方法可以采用流量報(bào)警、壓力定位，以及流量+壓力綜合分析報(bào)警和定位。同一時(shí)間，沒有泄漏的情況下管道內(nèi)各處的流量是相同的，根據(jù)這一時(shí)間點(diǎn)的流量數(shù)據(jù)，計(jì)算出整條管路各個(gè)點(diǎn)的理論壓力值，計(jì)算出的壓力值與實(shí)際檢測(cè)的壓力值進(jìn)行對(duì)比。無泄漏的情況下，算法自動(dòng)修正計(jì)算的壓力值與實(shí)際的壓力值的偏差。運(yùn)行過程中，若某一流量檢測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)異常，可通過壓力參數(shù)的變化判定是泄漏還是儀表錯(cuò)誤；同樣，若某一壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)異常，可通過流量參數(shù)的變化判定是泄漏還是儀表錯(cuò)誤。

此方法通過檢測(cè)不同位置的流量和壓力變送器的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確且精確的分析判斷是否存在泄漏。

2.3 流量變送器基礎(chǔ)判定方法

在泵站和液壓支架的進(jìn)液管安裝流量變送器A、B、C，回液管安裝流量變送器D，見圖2。

圖2 管線泄漏檢測(cè)新方法示意

在正常工作運(yùn)行狀態(tài)，A=B=C>0，D>0；壓差與距離成正比，修正算法數(shù)值。壓降算法基礎(chǔ)為達(dá)西-韋斯巴赫(Darcy-Weisbach)方程。如果鋼管泄漏，那么A>B(AB段漏)或B>C(BC段漏)，記錄壓差變化。一旦支架泄漏，則A=B=C>0，D=0；或一段時(shí)間內(nèi)，C與D的差值超過某一數(shù)值，此數(shù)值需要在運(yùn)行過程中自動(dòng)修正。對(duì)于泄漏速率，取一段時(shí)間內(nèi)的總流量進(jìn)行對(duì)比，(A-B)/時(shí)間，為AB段泄漏速率。所取時(shí)間段的壓力值須是工作狀態(tài)的數(shù)值。系統(tǒng)檢修時(shí)會(huì)有流量損失，此時(shí)間段的數(shù)值不做參考。流量變送器基礎(chǔ)判定方法見表2。

表2 流量變送器基礎(chǔ)判定方法

2.4 管線泄漏檢測(cè)新方法的設(shè)備組成

該管線泄漏檢測(cè)方法用到的設(shè)備有：本安型流量變送器、防爆電纜、中繼器、本安型電源、終端顯示設(shè)備、監(jiān)測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)接設(shè)備等。見圖3。

圖3 管線泄漏檢測(cè)新方法

本安型流量變送器包括本安型變送器、壓力開關(guān)、溫度開關(guān)、流量計(jì)、液位計(jì)等。采用堅(jiān)固密封的(316)不銹鋼封裝，保護(hù)危險(xiǎn)場(chǎng)合的設(shè)備儀器。壓阻測(cè)量元件適用于工業(yè)過程控制，標(biāo)準(zhǔn)壓力量程范圍從0～10 Pa到0～100 MPa，可以提供所有常用壓力單位的校驗(yàn)。對(duì)輸液管道的測(cè)試和監(jiān)測(cè)過程，提供電路反接和短路保護(hù)。適應(yīng)的介質(zhì)溫度高達(dá)150 ℃。電涌(雷擊)保護(hù)，符合電磁兼容浪涌雷擊抗騷擾實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)EN61000-4-5。本安型防爆電纜ib等級(jí)，在正常工作狀態(tài)下，以及電路中存在故障時(shí)，不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物，工作電流被限制在150 mA以下。壓力開關(guān)主要類別包括常開式和常閉式。采用英制管螺紋快速接頭或銅管焊接式安裝結(jié)構(gòu)，安裝靈活，使用方便，無需特殊的安裝固定。插片式導(dǎo)線式連接方可供用戶任意選定。密封式不銹鋼感應(yīng)器安全可靠。溫度開關(guān)具有體積小、外殼絕緣、動(dòng)作靈敏、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可以對(duì)一般電氣設(shè)備有過熱過流雙重保護(hù)作用。

3 管線泄漏檢測(cè)新方法的應(yīng)用

對(duì)該122108工作面液壓支架的供液管線采用了新方法進(jìn)行管線泄漏的監(jiān)測(cè)，將整條6000 m長(zhǎng)的管線分成30段區(qū)域。具體思路是：前期采集供液管線和液壓支架工作的流量、壓力等參數(shù)數(shù)據(jù)并形成原始曲線，確定一個(gè)閾值范圍，用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與原始曲線做對(duì)比，來判斷管線泄漏問題。如果監(jiān)測(cè)數(shù)值在一定閾值內(nèi)，就說明沒有泄漏；當(dāng)數(shù)值超出這一閾值，就說明有泄漏；然后快速查看是哪一區(qū)域，直接到這一區(qū)域去進(jìn)行人工巡視排查。

在新方法應(yīng)用期間，19段區(qū)域出現(xiàn)過泄漏，控制面板立即顯現(xiàn)出警報(bào)以及出現(xiàn)泄漏的區(qū)域，馬上安排工人到此區(qū)域去巡查，很快就查到了泄漏點(diǎn)。按照預(yù)定方法處理后，警報(bào)解除，管線很快就恢復(fù)正常工作。

實(shí)踐證明，對(duì)長(zhǎng)距離輸液管線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，運(yùn)用這種新的泄漏檢測(cè)方法，可以快速發(fā)出警報(bào)，而且準(zhǔn)確可靠，誤報(bào)警少；由于監(jiān)測(cè)分布在各個(gè)不同區(qū)域，警報(bào)能夠針對(duì)泄漏現(xiàn)象進(jìn)行定點(diǎn)定位，提高了緊急處理的及時(shí)性，節(jié)省了排查泄漏點(diǎn)的時(shí)間和人力。

煤礦液壓支架系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，要保護(hù)設(shè)備和人員的安全，根據(jù)每個(gè)煤礦的采高、坡度、礦質(zhì)結(jié)構(gòu)、環(huán)境不同，設(shè)計(jì)使用的液壓支架基本不同，但要保證安全高效運(yùn)行，則是共同的追求。針對(duì)液壓支架立柱的沖擊試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)選取不規(guī)范的問題，翟國棟等以重錘法為分析方法，建立了一種基于GB 2025974.1-2010的液壓支架立柱沖擊數(shù)學(xué)模型，以ZY6000/18.5/38A掩護(hù)型液壓支架立柱為例進(jìn)行顯式動(dòng)力學(xué)沖擊仿真，為立柱沖擊所采取的參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了理論基礎(chǔ)[9]。張遠(yuǎn)志等通過使用KJ653礦壓動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，礦方獲取了工作面推采過程中液壓支架的工作狀況，得到了頂板壓力顯現(xiàn)規(guī)律，提高監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠性和實(shí)時(shí)性的同時(shí)，保證了礦井的高線生產(chǎn)和人員安全[10]。王海榮等針對(duì)液壓支架布局分散、協(xié)同作業(yè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理效率低等問題，設(shè)計(jì)了一種基于S7-120020PLC和CAN的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)液壓支架的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理[11]。張謙等針對(duì)煤礦液壓支架控制器檢測(cè)中存在測(cè)試效率較低問題，設(shè)計(jì)液壓支架控制器自動(dòng)化檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)液壓支架控制器功能自動(dòng)檢測(cè)，促進(jìn)液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展[12]。液壓支架液的正確選擇和使用，對(duì)液壓支架的作用發(fā)揮有著重要意義，可以運(yùn)用質(zhì)量功能展開圖和邏輯框架結(jié)構(gòu)分析產(chǎn)品的對(duì)象和模式，運(yùn)用質(zhì)量屋擴(kuò)展產(chǎn)品服務(wù)的范圍，解決客戶關(guān)注的核心問題，改進(jìn)潤(rùn)滑系統(tǒng)，保障設(shè)備運(yùn)行[13]。GB/T 37222-2018《難燃液壓液噴射燃燒持久性測(cè)定空錐射流噴嘴試驗(yàn)法》的發(fā)布、實(shí)施對(duì)煤礦、非煤礦山、鋼鐵、冶金、機(jī)械、電力等行業(yè)的安全生產(chǎn)及難燃液壓液生產(chǎn)企業(yè)都具有重要意義[14]。水-乙二醇難燃液壓液在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用為其更廣泛地應(yīng)用提供了依據(jù)[15]。這些研究成果，為管線泄漏檢測(cè)新方法的進(jìn)一步改進(jìn)，提供了有益的借鑒。

4 結(jié)語

管道監(jiān)測(cè)是管道運(yùn)輸安全體系的重要組成部分，是保證管道安全最經(jīng)濟(jì)有效的方法。

超長(zhǎng)距離輸液管線檢測(cè)新方法，通過檢測(cè)不同位置的流量和壓力變送器的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確且精確的分析判斷是否存在泄漏，為管道監(jiān)測(cè)提供了明亮的眼睛。應(yīng)盡快采取有效措施，制定管道監(jiān)測(cè)和檢測(cè)規(guī)范，建立完整的管道安全保證體系，并依此有計(jì)劃有步驟地對(duì)管道實(shí)施智能化監(jiān)測(cè)，保證管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。超長(zhǎng)距離輸液管線應(yīng)用的廣泛性，要求加強(qiáng)泄漏監(jiān)測(cè)和檢測(cè)新方法的研究與應(yīng)用。