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一種山區(qū)天然氣管道清管器在線跟蹤定位方法

文檔序號(hào):40737573發(fā)布日期:2025-01-21 11:27閱讀:2來(lái)源:國(guó)知局
一種山區(qū)天然氣管道清管器在線跟蹤定位方法

本發(fā)明涉及天然氣管道清管過(guò)程中清管器的識(shí)別及定位,具體涉及一種基于scada系統(tǒng)和清管器通過(guò)閥室造成的壓力與流量波動(dòng)相結(jié)合來(lái)識(shí)別清管器是否通過(guò),未通過(guò)再進(jìn)行數(shù)值模擬的方法進(jìn)行清管器的定位,從而識(shí)別清管器是否正常運(yùn)行的在線跟蹤定位方法。


背景技術(shù):

1、山區(qū)天然氣管道通常穿越地形復(fù)雜、氣候多變的區(qū)域,這類管道建設(shè)完成后還需要后期的維護(hù),對(duì)于清管設(shè)備、管道檢查設(shè)備等大型裝置的運(yùn)輸需要耗費(fèi)大量的人力物力,還面臨著作業(yè)人員的安全問(wèn)題;同時(shí),山區(qū)管道地勢(shì)起伏大、在長(zhǎng)距離鋪設(shè)下會(huì)發(fā)生頻繁的溫度和壓力變化,導(dǎo)致管道中容易產(chǎn)生大量的積液和水合物,積液的存在會(huì)加速水合物的形成,而水合物的形成會(huì)導(dǎo)致管道的流通面積減小,最終會(huì)導(dǎo)致管道堵塞,嚴(yán)重危害管道的運(yùn)行安全。因此需要定期開(kāi)展清管作業(yè)才能確保管道的正常運(yùn)行。

2、在清管作業(yè)中,清管器會(huì)推動(dòng)積液和水合物等沉積物向前移動(dòng),此時(shí)天然氣管道中主要的沉積物為積液和水合物,兩者結(jié)合形成天然氣漿液,漿液的存在一方面加速水合物的形成,導(dǎo)致管道堵塞速度加快,另一方面阻礙清管器在管道中的正常運(yùn)行,在山區(qū)管道,清管器作業(yè)還需要面對(duì)高低落差、急彎、傾斜段等復(fù)雜環(huán)境,也增加了清管器卡堵或損壞的風(fēng)險(xiǎn),如果清管器在山區(qū)管道發(fā)生卡堵,但是沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理,天然氣將無(wú)法正常通過(guò),導(dǎo)致管道壓力升高,流量減少,最終可能會(huì)導(dǎo)致管道超壓、引起爆管并產(chǎn)生大量的泄漏,同時(shí)影響下游用戶的供氣,因此需要對(duì)清管器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),確保清管器在山區(qū)管道卡堵時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)措施。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中山區(qū)天然氣管道清管作業(yè)中清管器實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)傳輸困難,清管器不能實(shí)時(shí)進(jìn)行跟蹤定位,提供一種能夠利用scada系統(tǒng)與數(shù)值模擬進(jìn)行清管器的在線跟蹤定位方法。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種山區(qū)天然氣管道清管器在線跟蹤定位方法,包括:

3、s1.通過(guò)scada系統(tǒng)獲取該閥室管道壓力、體積流量、管道內(nèi)徑以及兩個(gè)閥室之間的管長(zhǎng);

4、s2.天然氣管道清管器運(yùn)行速度一般在3~6m/s,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)取清管器運(yùn)行速度,根據(jù)所述閥室之間的管道長(zhǎng)度,得到清管器在閥室之間通過(guò)的預(yù)計(jì)時(shí)間;

5、s3.清管器進(jìn)入第一個(gè)閥室,記錄開(kāi)始的第一時(shí)刻;

6、s4.所述第一時(shí)刻與清管器在閥室之間通過(guò)的預(yù)計(jì)時(shí)間之和為第二時(shí)刻;

7、s5.在第二時(shí)刻加上預(yù)計(jì)時(shí)間的偏差閾值之前,通過(guò)天然氣管道scada系統(tǒng)獲取閥室上下游傳感器的壓力信息與流量信息,當(dāng)壓力和流量同時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),表明清管器正常通過(guò)閥室,若清管器沒(méi)有到達(dá)終點(diǎn),記錄該時(shí)刻為第一時(shí)刻,重復(fù)s1—s4的動(dòng)作;

8、s6.在第二時(shí)刻加上預(yù)計(jì)時(shí)間偏差閾值之后,通過(guò)天然氣管道scada系統(tǒng)獲取閥室上下游傳感器的壓力信息與流量信息,當(dāng)壓力和流量未同時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),表明清管器可能卡堵;

9、s7.建立管道內(nèi)天然氣流動(dòng)的數(shù)值模擬模型,包括pr氣體狀態(tài)方程、連續(xù)性方程、動(dòng)量方程;建立清管器運(yùn)動(dòng)方程;引入天然氣水合物漿液的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程;

10、s8.采用天然氣管道scada系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集管道出入口的實(shí)時(shí)壓力、流量數(shù)據(jù)作為s7中方程的邊界條件,并對(duì)s7中各個(gè)方程進(jìn)行耦合求解,最終得到清管器的運(yùn)行速度;

11、s9.實(shí)時(shí)計(jì)算清管器速度,并根據(jù)公式計(jì)算清管器在管道中運(yùn)行的距離,最終得到某時(shí)刻清管器的位置;

12、s10.實(shí)時(shí)對(duì)清管器的位置進(jìn)行定位,直至清管器準(zhǔn)確通過(guò)閥室,記錄該時(shí)刻并更新為第一時(shí)刻,再重復(fù)s1—s9的動(dòng)作,直至整個(gè)管道清理作業(yè)完成;

13、采用本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是:在安裝有scada的天然氣管道上監(jiān)測(cè)清管器通過(guò)閥室時(shí)的壓力-流量數(shù)據(jù),當(dāng)清管器通過(guò)閥室,管道壓力和流量會(huì)產(chǎn)生波動(dòng),通過(guò)該特征識(shí)別清管器通過(guò),通過(guò)清管器運(yùn)行速度與閥室之間的管長(zhǎng)計(jì)算得出清管器預(yù)計(jì)從上游閥室到下游閥室之間的運(yùn)行時(shí)間,根據(jù)清管器通過(guò)上游閥室的時(shí)刻,將清管器通過(guò)閥室開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)刻、預(yù)計(jì)的運(yùn)行時(shí)間以及運(yùn)行時(shí)間偏差閾值結(jié)合分析,即可得出清管器是否通過(guò)閥室,若沒(méi)有按照預(yù)計(jì)的時(shí)間通過(guò)閥室,則采用數(shù)值模擬進(jìn)行清管器的跟蹤定位,直到清管器正常通過(guò)閥室,可以及時(shí)了解清管器的運(yùn)行動(dòng)態(tài),避免清管器卡堵不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

14、進(jìn)一步地,s2包括:s21、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)取清管器運(yùn)行速度v。s22、根據(jù)下列公式計(jì)算清管器通過(guò)兩個(gè)閥室的時(shí)間:δt=l/v,其中δt為清管器通過(guò)兩個(gè)閥室之間的時(shí)間,l為閥室之間的管道長(zhǎng)度,m;v為運(yùn)行速度,m/s。

15、采取上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是:根據(jù)清管器預(yù)計(jì)的運(yùn)行速度,再根據(jù)運(yùn)行速度以及上下游閥室之間的管道長(zhǎng)度計(jì)算清管器預(yù)計(jì)從上游閥室到下游閥室的預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間,提前預(yù)測(cè)清管器到達(dá)閥室的時(shí)間,提高清管器運(yùn)行時(shí)間的準(zhǔn)確性,及時(shí)判斷清管器的運(yùn)行狀態(tài),便于操作人員及時(shí)采取相應(yīng)措施。

16、進(jìn)一步地,本發(fā)明采用天然氣管道配備的scada系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程管道流量和壓力的監(jiān)測(cè),包括:管道、兩個(gè)用于監(jiān)測(cè)閥室上下游管道流量的傳感器、兩個(gè)用于監(jiān)測(cè)閥室上下游管道壓力的傳感器、多個(gè)用于收集傳感器的輸出信號(hào)后選擇合適的通信協(xié)議、配置通信接口后將原始數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換成可用格式的數(shù)據(jù)采集模塊、用于將數(shù)據(jù)通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程調(diào)控中心的通信模塊、用于處理和控制采集到的數(shù)據(jù)的控制器、用于接收和儲(chǔ)存來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。所述流量傳感器和壓力傳感器均安裝在所述閥室上下游管道上,所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述流量傳感器連接,所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述壓力傳感器連接,所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述通信模塊連接,所述通信模塊與所述控制器連接,所述控制器與所述遠(yuǎn)程調(diào)控中心連接,所述流量傳感器獲取管道的流量信息,所述壓力傳感器獲取管道的壓力信息,所述遠(yuǎn)程監(jiān)控中心獲取閥室與閥室之間的管長(zhǎng)、管道內(nèi)徑、清管器進(jìn)入閥室的第一時(shí)刻、清管器進(jìn)入下游閥室的第二時(shí)刻。

17、采取上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是:采用scada系統(tǒng)將管道的流量、壓力實(shí)時(shí)傳到調(diào)控中心,通過(guò)調(diào)控中心監(jiān)測(cè)流量、壓力的波動(dòng),實(shí)時(shí)捕捉管道的流量和壓力信息,并準(zhǔn)確分析清管器的運(yùn)行位置,可以山區(qū)復(fù)雜環(huán)境的影響、減少人工、車輛的作業(yè),大大減少跟蹤成本。

18、進(jìn)一步地,s5包括s51、所述清管器正常通過(guò)閥室的方法,其特征是清管器正常運(yùn)行過(guò)程中,通過(guò)閥門(mén)時(shí),在閥門(mén)前形成了一個(gè)阻塞,流體不能自由流動(dòng),閥門(mén)前的壓力指示器會(huì)升高,清管器通過(guò)閥門(mén)前壓力指示器后,清管器阻塞了一部分流體的流動(dòng)導(dǎo)致閥門(mén)后壓力指示器下降,當(dāng)清管器通過(guò)閥門(mén)后壓力指示器后,在閥門(mén)后形成一個(gè)新的阻塞,閥門(mén)后壓力指示器會(huì)上升,清管器完全通過(guò)閥門(mén)后,增加了流體的阻力,閥前和閥后壓力都會(huì)增加;s52、所述清管器正常通過(guò)閥室的方法,其特征是清管器正常運(yùn)行時(shí),通過(guò)閥門(mén)前后流量指示器時(shí),清管器運(yùn)行增加了管道內(nèi)流體流動(dòng)的阻力,流量下降,當(dāng)清管器通過(guò)流量指示器時(shí),阻力減小,流量恢復(fù)正常;s53、當(dāng)上述現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間在第二時(shí)刻加上預(yù)計(jì)時(shí)間δt偏差閾值之前,表明清管器正常通過(guò)閥室,若清管器沒(méi)有到達(dá)終點(diǎn),記錄該時(shí)刻為第一時(shí)刻t1,重復(fù)s1—s4的動(dòng)作。

19、采取上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是:根據(jù)對(duì)清管器通過(guò)閥門(mén)時(shí)的壓力和流量波動(dòng)情況進(jìn)行分析,準(zhǔn)確判斷清管器是否通過(guò)該閥室。

20、進(jìn)一步地,s6中,在第二時(shí)刻加上預(yù)計(jì)時(shí)間δt偏差閾值之后,通過(guò)天然氣管道scada系統(tǒng)未能發(fā)現(xiàn)閥室上下游出現(xiàn)流量和壓力的波動(dòng),表明清管器沒(méi)有在預(yù)計(jì)的時(shí)間通過(guò)閥室,需要及時(shí)對(duì)清管器進(jìn)行定位,判斷清管器是否卡堵。

21、采取上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是:通過(guò)預(yù)計(jì)的清管器到達(dá)時(shí)間內(nèi)觀察閥室的流量和壓力波動(dòng)情況,提前做好確定清管器位置的準(zhǔn)備,若未出現(xiàn)流量和壓力的波動(dòng)情況,則需要在該閥室之間進(jìn)行清管器的定位,在該閥室之間進(jìn)行管道的數(shù)值模擬工作,計(jì)算出清管器的位置,及時(shí)判斷清管器的運(yùn)行狀況,卻被清管器的正常運(yùn)行。

22、進(jìn)一步地,s7包括,s71、pr狀態(tài)方程計(jì)算管道中天然氣的密度;s72、天然氣管道連續(xù)性方程計(jì)算出清管器尾部速度;s73、天然氣管道動(dòng)量方程計(jì)算天然氣管道中清管器尾部壓力p1;s74、水合物漿液連續(xù)性方程計(jì)算出漿液尾部速度;s75、水合物漿液動(dòng)量方程計(jì)算出清管器頭部壓力p2;s76、清管器運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算出清管器運(yùn)動(dòng)速度。

23、采取上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是:通過(guò)聯(lián)立各方程進(jìn)行計(jì)算,得到清管器的運(yùn)行速度,可以判斷清管器是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

24、進(jìn)一步地,s8中,當(dāng)清管器未在預(yù)計(jì)的時(shí)間內(nèi)通過(guò)閥室,將scada獲取的閥室內(nèi)管道壓力流量信息作為s7中方程的邊界條件,對(duì)s7的pr氣體狀態(tài)方程、天然氣管道內(nèi)連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、水合物漿液連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、清管器運(yùn)動(dòng)方程,將上述方程聯(lián)立求解出清管器的運(yùn)行速度,通過(guò)清管器運(yùn)行速度判斷清管器此時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。

25、采取上述進(jìn)一步的技術(shù)方案的有益效果是:通過(guò)調(diào)控中心的及時(shí)發(fā)現(xiàn)以及數(shù)值模擬的計(jì)算,能夠及時(shí)的判斷清管器的運(yùn)行狀態(tài),減少人工作業(yè)的消耗,節(jié)約成本。

26、進(jìn)一步地,s9中,根據(jù)清管器的運(yùn)行速度,結(jié)合上一時(shí)刻數(shù)值模擬計(jì)算出的清管器運(yùn)動(dòng)的距離,根據(jù)所述公式計(jì)算出下一時(shí)刻清管器的距離,反復(fù)迭代計(jì)算,直到清管器通過(guò)閥室。

27、采取上述進(jìn)一步的技術(shù)方案的有益效果是:通過(guò)對(duì)清管器的位置的實(shí)時(shí)跟蹤,實(shí)現(xiàn)了山區(qū)管道清管器的跟蹤定位,提高了清管作業(yè)的效率,降低事故發(fā)生的概率。

28、進(jìn)一步地,所述設(shè)定預(yù)計(jì)時(shí)間偏差閾值,考慮了山區(qū)管道的布置走向(管道存在彎曲、分支、高低落差等復(fù)雜布局)、流體介質(zhì)的影響(管道內(nèi)流體的流速、壓力、粘度等參數(shù)不穩(wěn)定或與預(yù)期不同)、管道內(nèi)部狀況(管道可能存在腐蝕、結(jié)垢、變形、堆積物等)、清管器自身問(wèn)題(密封性能不佳、結(jié)構(gòu)損壞或質(zhì)量問(wèn)題)等。

29、采取上述進(jìn)一步的技術(shù)方案的有益效果是:根據(jù)清管器在管道內(nèi)運(yùn)行時(shí)遇到的實(shí)際情況進(jìn)行偏差閾值的設(shè)定,提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

30、進(jìn)一步地,s10中,當(dāng)經(jīng)過(guò)上述步驟的處理后,清管器正常經(jīng)過(guò)閥室,此時(shí)記錄清管器經(jīng)過(guò)閥室的時(shí)間,并重新更新為所述s3的第一時(shí)刻,再重復(fù)s1—s9的動(dòng)作。

31、采取上述進(jìn)一步的技術(shù)方案的有益效果是:準(zhǔn)確定位清管器在管道內(nèi)的具體位置,并在每個(gè)閥室區(qū)間跟蹤,直至清管完成,提升該方法的有效性。

32、有益效果:

33、本發(fā)明通過(guò)scada系統(tǒng)獲取閥室管道體積流量、閥室管道壓力、兩閥室之間管長(zhǎng),計(jì)算清管器在閥室間通過(guò)的預(yù)計(jì)時(shí)間,清管器進(jìn)入第一個(gè)閥室記錄開(kāi)始的第一時(shí)刻,根據(jù)第一時(shí)刻與預(yù)計(jì)時(shí)間得出第二時(shí)刻,在不同時(shí)段獲取閥室上下游采集的管道壓力與流量信息以判斷清管器是否正常運(yùn)行或卡堵,若卡堵則采用數(shù)值模擬的方法對(duì)清管器進(jìn)行跟蹤定位,直至清管器準(zhǔn)確通過(guò)閥室時(shí)更新第一時(shí)刻,重復(fù)上述動(dòng)作直至整個(gè)管道清理作業(yè)完成。解決了山區(qū)天然氣管道清管過(guò)程中清管器不能實(shí)時(shí)進(jìn)行跟蹤定位,山區(qū)天然氣管道水合物漿液較多導(dǎo)致清管器卡堵不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理的問(wèn)題,解決山區(qū)天然氣管道的車輛跟蹤或人工監(jiān)聽(tīng)所帶來(lái)的維護(hù)成本高、施工人員安全不能得到保證的問(wèn)題。

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