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长距离输气管道系统事故诊断技术研究

张红兵  
【摘要】:作为五大运输行业之一的管道运输系统,以其环保、经济、快捷等优点,在国民经济中的地位越来越为突出。随着我国西部开发战略的实施,必将有大量的油气管道投入建设和运行。然而由于管道的自然寿命和人为因素等的影响,管道泄漏事故频繁发生,不仅造成大量资源的损失和环境污染,还带来了重大的人身伤亡事故。由于天然气在输送时不可能完全脱水,且多是高压下输送的,因此随着气体在管道内的流动,压力和温度的降低,可能会形成水合物,在低洼部位会积水,甚至会产生冰堵事故。同时由于管道内壁的腐蚀物以及天然气的沉积物,势必影响管道运行,所以要进行清管作业,但是也会清管球堵塞事故。压气站的设备不仅复杂,而且种类多,故障多样,如果不进行及时维修,会致使更大的故障发生。为此,研究一套输气管线的事故诊断系统,及时发现事故,确定事故地点及故障类型,以达到更高的检测灵敏度和更准确的定位精度。 为了对管道系统进行事故诊断,必须对采集到的信号进行消噪处理。根据不同的信号以及采样频率,本文在对原始采样信号经过预处理后分别采用递推平均滤波与中值滤波相结合的混合滤波法和小波包滤波技术进行数字信号的再处理。同时针对小波包去噪中软阀值法去噪有偏差和硬阀值法不连续的缺点,提出了软、硬阀值折中法的去噪方法。 鉴于天然气长输管道的复杂性,新铺设的管线均配有SCADA系统,以及丰富现场数据储备等因素,同时结合我国管道输送的实际情况,并借鉴当前国际上先进的检测方法及其发展趋势,本文采用基于管线瞬态模型的瞬态模拟,比较模拟值与测量值以及首末测量值之间的差异程度判别故障类型。 对于清管堵塞事故,采用在起点施加一个人为压力波,采集正压波和返压波经过压力传感器的时间差,根据起点边界条件模拟压力波在管道中的运行来计算堵塞点。而对于泄漏事故,分别利用起点和终点边界条件模拟管道的运行情况,两条压力曲线相交点即为泄漏点。 由于压气站设备多,故障类型也多。利用小波包变换的多分辨率分解和重构技术,以及对信号奇异点的快速、准确的识别能力,对压气站回转机械设备的振动信号进行奇异点的捕捉,提取出故障的特征频率,辨别故障类型以及部位。由于设备运行是相互关联的,本文同时使用故障知识库,利用设备的故障征兆(征兆组合),确定具体的设备故障以及类型。 基于上述研究,本文编写了基于SCADA系统的输气管线的事故检测软件。


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