CN107525659A - 一种用于管道试压的压力‑容积曲线绘制系统 - Google Patents

一种用于管道试压的压力‑容积曲线绘制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于管道试压的压力‑容积曲线绘制装置，属于长距离输油气管道试压领域。所述装置包括冲程计数器、压力传感器、数据处理装置和绘图计算机，通过冲程计数器测量试压泵的冲程数，压力传感器测量管道的压力值，数据处理装置分别与冲程计数器和压力传感器连接，得到试压泵的冲程数和管道的压力值，数据处理装置处理试压泵的冲程数，得到管道的实际升压注水容积值，并将处理后对应的管道的实际升压注水容积值和管道的压力值输出给绘图计算机，绘图计算机根据多个对应的管道的压力值和管道的实际升压注水容积值，得到管道试压的实际压力‑容积曲线，利用机器测量代替人工测量绘制压力‑容积曲线，节约了人工成本，降低了绘图误差。

Description

一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统
技术领域
本发明属于长距离输油气管道试压领域，特别涉及一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统。
背景技术
在管道安装完毕后，按照设计要求应对管道进行各类测试。管道试压是对管道进行压力测试，用以检测管道能否承载设定阈值的压力，保证管道可以正常地生产运行。在管道试压作业中，通过采集压力和容积数据，绘制压力-容积曲线图，即P-V曲线图，来了解管道试压的情况，为管道试压的结果提供评判的依据。
现有技术是通过人工采集压力和容积数据，通常为每15分钟采集一次，将这些数据记录并手工绘制P-V曲线图或者将数据输入到电脑中，利用excel软件画图得到P-V曲线图。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
现有技术的操作过程相对繁琐，需要人工地去记录数据，人工读取的误差较大，且由于数据采集的间隔时间较长，不能够及时地监控管道异常变化的情况，如果管道的环向应力不达标或含气量超标而不能及时处理，会影响到管道施工的安全。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统，利用机器测量代替人工测量来绘制压力-容积曲线，及时地反馈管道的压力信息。
具体而言，包括以下的技术方案：
一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统，所述装置包括冲程计数器、压力传感器、数据处理装置和绘图计算机；
所述冲程计数器设置在试压泵上，用于测量试压泵的冲程数；
所述压力传感器设置在管道上，用于测量管道的压力值；
所述数据处理装置包括数据输出接口、冲程数据端口、压力数据端口、模数转换器和单片机，所述冲程计数器与所述冲程数据端口连接，所述冲程数据端口与所述单片机连接，用于向所述单片机中输入所述试压泵的冲程数；所述压力传感器与所述压力数据端口连接，所述压力数据端口与所述模数转换器连接，所述模数转换器与所述单片机连接，用于向所述单片机中输入所述管道的压力值；
所述单片机用于根据所述试压泵的冲程数，得到管道的实际升压注水容积值；
所述单片机与所述数据输出接口连接，所述数据输出端口与所述绘图计算机连接，用于向所述绘图计算机输出对应的所述管道的压力值和所述管道的实际升压注水容积值，所述绘图计算机用于根据多个对应的所述管道的压力值和所述管道的实际升压注水容积值，得到管道试压的实际压力-容积曲线。
进一步地，所述单片机还用于根据所述管道的压力值，得到对应的管道的理论升压注水容积值。
进一步地，所述绘图计算机还用于根据多个对应的所述管道的压力值和所述管道的理论升压注水容积值，得到管道试压的理论压力-容积曲线。
进一步地，所述绘图计算机还用于根据所述管道试压的实际压力-容积曲线图和所述管道试压的理论压力-容积曲线，得到曲线之间的位移偏差值。
进一步地，所述绘图计算机还用于当所述曲线之间的位移偏差值大于设定阈值时，所述绘图计算机发出报警信息。
进一步地，所述数据处理装置还包括存储器，所述存储器与所述单片机连接，用于存储多个对应的所述管道的压力值和所述管道的实际升压注水容积值。
进一步地，所述装置还包括电源，所述电源分别与所述冲程计数器、所述压力传感器、所述数据处理装置和所述绘图计算机连接。
进一步地，所述压力传感器传输的电流值的取值范围为4-20mA。
进一步地，所述数据处理装置中数据采集频率的取值范围为2-5秒/次。
进一步地，所述单片机通过RS485传输协议与所述数据输出接口连接。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
1、通过冲程计数器测量试压泵的冲程数，压力传感器测量管道的压力值，数据处理装置分别与冲程计数器和压力传感器连接，得到试压泵的冲程数和管道的压力值，数据处理装置处理试压泵的冲程数，得到管道的实际升压注水容积值，并将处理后对应的管道的实际升压注水容积值和管道的压力值输出给绘图计算机，绘图计算机根据多个对应的管道的压力值和管道的实际升压注水容积值，得到管道试压的实际压力-容积曲线，利用机器测量代替人工测量绘制压力-容积曲线，节约了人工成本，降低了绘图误差；
2、该用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统在数据处理装置中数据采集频率的取值范围为2-5秒一次，可以快速及时地反馈管道信息，实现对管道异常情况进行实时监控；
3、该用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统可以通过绘图计算机发出报警信息，确保管道试压过程的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统的数据处理装置的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统绘制得到的一个例示性压力-容积曲线图；
图4为本发明一实施例提供的一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统绘制得到的另一个例示性压力-容积曲线图。
图中的附图标记分别表示：
1、试压泵；
2、冲程计数器；
3、管道；
4、压力传感器；
5、针型阀；
6、数据处理装置；
601、冲程数据端口；
602、压力数据端口；
603、单片机；
604、模数转换器；
605、数据输出接口；
7、绘图计算机。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统，其结构示意图如图1所示，包括冲程计数器2、压力传感器4、数据处理装置6和绘图计算机7。
冲程计数器2设置在试压泵1上，用于测量试压泵1的冲程数。
压力传感器4在管道3上，用于测量管道3的压力值。
数据处理装置6包括数据输出接口605、冲程数据端口601、压力数据端口602、模数转换器604和单片机603，冲程计数器2与冲程数据端口601连接，冲程数据端口601与单片机603连接，用于向单片机603中输入试压泵1的冲程数；压力传感器4与压力数据端口602连接，压力数据端口602与模数转换器604连接，模数转换器604与单片机603连接，用于向单片机603中输入管道3的压力值。
单片机603用于根据试压泵1的冲程数，得到管道3的实际升压注水容积值。
需要说明的是，试压泵1每个冲程的注水量是不变的，所以冲程数乘以每个冲程的额定注水量即为实际注水容积值。
单片机603与数据输出接口605连接，数据输出端口605与绘图计算机7连接，用于向绘图计算机7输出对应的管道3的压力值和管道3的实际升压注水容积值，绘图计算机7用于根据多个对应的管道3的压力值和管道3的实际升压注水容积值，得到管道3试压的实际压力-容积曲线。
因此，通过冲程计数器2设置在试压泵1上测量试压泵1的冲程数，压力传感器4设置在管道3上测量管道3的压力值，数据处理装置6分别与冲程计数器2和压力传感器4连接，得到试压泵1的冲程数和管道3的压力值，数据处理装置6处理试压泵1的冲程数，得到管道3的实际升压注水容积值，并将处理后对应的管道3的实际升压注水容积值和管道3的压力值输出给绘图计算机7，绘图计算机7根据多个对应的管道3的压力值和管道3的实际升压注水容积值，得到管道3试压的实际压力-容积曲线，利用机器测量代替人工测量绘制压力-容积曲线，节约了人工成本，降低了绘图误差。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，数据处理装置6为该绘制系统的核心组成部分，其结构示意图如图2所示，其主要构造基于电路板，在电路板的两侧开设有若干个接口，可以在电路板的相对两侧各设置9个端口。其中，+24V接口为电源接口，用于连接电源的正极；485A和485B接口为数据输出接口605，均选用传输距离较长的RS485传输协议进行传输，数据传输距离为1公里；CN1和CN2端口为冲程数据端口601，用于与冲程计数器连接，记录试压泵的冲程数；AN1和AN2端口为压力数据端口602，用于与模数转换器604，记录管道测量的压力的电流信号；GND端口为电源负极端口，用于连接电源负极；AN3和AN 4端口为压力数据端口的备用端口，用于当AN1或AN2端口不能使用时替代AN1或AN2端口。单片机603内设有计算程序，用于进行数据的处理；模数转换器604，即AD转换器，用于将压力传感器传输过来的压力的电流信号转化为单片机603可处理的二进制信号。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线图绘制系统中，单片机603还用于根据管道3的压力值，得到对应的管道3的理论注水容积值。具体地，管道3的理论注水容积值的计算公式为：
VP＝(0.884ri/t+A)×10-6×Vt×P×K
式中：VP为试压管道3的管段在升压时需要的注入水量，单位为m3；P为管道3的压力值，单位为bar；ri为管道3的工程内半径，单位为mm；t为管道3的壁厚，单位为mm；A水在测试的压力和温度范围内的平均绝热压缩系数，单位P(bar-1)×106；K为无量纲系数，对于纵向焊接的管道材料的取值为1.0。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，绘图计算机7还用于根据多个对应的管道3的压力值和管道3的理论升压注水容积值，得到管道3试压的理论压力-容积曲线，管道3试压的理论压力-容积曲线用于作为标准参照，与管道3试压的实际压力-容积曲线做对比。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，绘图计算机7还用于根据管道3试压的实际压力-容积曲线和管道3试压的理论压力-容积曲线图，得到曲线之间的位移偏差值。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，曲线之间的位移偏差值可以判断是否超压或含气量是否超标。
具体地，如图3所示，表示的是判断是否超压的压力-容积曲线图，其横坐标为升压注水容积、纵坐标为压力，图中①为绘图计算机显示的管道3试压的理论压力-容积曲线，②为当位移偏差值为最大位移偏差值时的管道3试压的理论压力-容积曲线的平移曲线，当管道3试压的实际压力-容积曲线与曲线②相交时，表示管道3的环向应力水平达到了管道管材允许的最低屈服极限。需要说明的是，图中的弹性结束点为管道3管材塑性变形的临界点，当压力超过弹性结束点时，管道3将会出现不可逆的塑性变形，对管道3造成不可逆的破坏。
位移偏差值的计算公式表示为：
式中：δ为位移偏差值；VP为试压管道3的管段在升压时需要的注入水量，单位为m3；VP’为试压管道3的管段在升压时实际的注入水量；ri为管道3的工程内半径，单位为mm；L为测试管道3的长度。
如图4所示，表示的是判断含气量是否超标的压力-容积曲线图，其横坐标为升压注水容积、纵坐标为压力，图中①为绘图计算机显示的管道3试压的理论压力-容积曲线，②为管道3试压的实际压力-容积曲线；③为当位移偏差值为最大位移偏差值时的管道3试压的理论压力-容积曲线的平移曲线，当管道3试压的实际压力-容积曲线与曲线②相交时，表示管道3的含气量超标，将对管道3的运行安全造成威胁。位移偏差值的计算公式同上。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，绘图计算机7还用于当曲线之间的位移偏差值大于设定阈值时，绘图计算机7发出报警信息，即当位移偏差值δ大于设定阈值时，绘图计算机7发出报警信息。具体地，设定阈值可为0.2％，当位移偏差值δ大于0.2％时，表示的是管道3的环向应力水平达到了管道3材料允许的最低屈服极限，绘图计算机7发出报警信息，提示操作人员停止注水，确保管道3试压过程的安全性。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，报警信息的显示方式可以为声音、闪屏和信息提示等多种。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用其他的报警信息的显示方式。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，如图2所示，数据处理装置6还包括存储器，存储器与单片机603连接，用于存储多个对应的管道3的压力值、管道3的理论升压注水容积值和管道3的实际升压注水容积值，且该存储器便于拆卸，可便于数据地复查。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，电源分别与冲程计数器2、压力传感器4、数据处理装置6和绘图计算机7连接，为冲程计数器2、压力传感器4、数据处理装置6和绘图计算机7提供电力支持。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，压力传感器4传输的电流值的取值范围为4-20mA。
在本实施例的用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统中，数据处理装置6中数据采集频率的取值范围为2-5秒/次，优选为2s，远小于现有技术中人工采集的数据采集频率为每15分钟采集一次，可以快速及时地反馈管道信息，实现对管道3异常情况进行实时监控。
在实际的使用过程中，压力传感器4设置在管道3试压封头的针型阀5上，如图1所示，冲程计数器2设置在试压泵或注水泵1的曲轴上，通过冲程计数器2测量试压泵1的冲程数，压力传感器4测量管道3的压力值，数据处理装置6分别与冲程计数器2和压力传感器4连接，得到试压泵1的冲程数和管道3的压力值，数据处理装置6处理试压泵1的冲程数，得到管道3的实际升压注水容积值，并将处理后对应的管道3的实际升压注水容积值和管道3的压力值输出给绘图计算机7，绘图计算机7根据多个对应的管道3的压力值和管道3的实际升压注水容积值，得到管道3试压的实际压力-容积曲线，利用机器测量代替人工测量绘制压力-容积曲线，节约了人工成本，降低了绘图误差。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于管道试压的压力-容积曲线绘制系统，其特征在于，所述装置包括冲程计数器、压力传感器、数据处理装置和绘图计算机；
所述冲程计数器设置在试压泵上，用于测量试压泵的冲程数；
所述压力传感器设置在管道上，用于测量管道的压力值；
所述数据处理装置包括数据输出接口、冲程数据端口、压力数据端口、模数转换器和单片机，所述冲程计数器与所述冲程数据端口连接，所述冲程数据端口与所述单片机连接，用于向所述单片机中输入所述试压泵的冲程数；所述压力传感器与所述压力数据端口连接，所述压力数据端口与所述模数转换器连接，所述模数转换器与所述单片机连接，用于向所述单片机中输入所述管道的压力值；
所述单片机用于根据所述试压泵的冲程数，得到管道的实际升压注水容积值；
所述单片机与所述数据输出接口连接，所述数据输出端口与所述绘图计算机连接，用于向所述绘图计算机输出对应的所述管道的压力值和所述管道的实际升压注水容积值，所述绘图计算机用于根据多个对应的所述管道的压力值和所述管道的实际升压注水容积值，得到管道试压的实际压力-容积曲线。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单片机还用于根据所述管道的压力值，得到对应的管道的理论升压注水容积值。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述绘图计算机还用于根据多个对应的所述管道的压力值和所述管道的理论升压注水容积值，得到管道试压的理论压力-容积曲线。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述绘图计算机还用于根据所述管道试压的实际压力-容积曲线和所述管道试压的理论压力-容积曲线，得到曲线之间的位移偏差值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述绘图计算机还用于当所述曲线之间的位移偏差值大于设定阈值时，所述绘图计算机发出报警信息。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理装置还包括存储器，所述存储器与所述单片机连接，用于存储多个对应的所述管道的压力值和所述管道的实际升压注水容积值。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源，所述电源分别与所述冲程计数器、所述压力传感器、所述数据处理装置和所述绘图计算机连接。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力传感器传输的电流值的取值范围为4-20mA。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理装置中数据采集频率的取值范围为2-5秒/次。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单片机通过RS485传输协议与所述数据输出接口连接。
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