CN109357165A - 一种输气管道主管线压降速率监测报警装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种输气管道主管线压降速率监测报警装置及方法，主管线通过三通接头A连接出站管线，所述出站管线上游经阀门A连接发球筒，所述出站管线下游依次经出站紧急截断阀和三通接头B连接输气管道去往下游的干线管道；所述出站管线通过所述三通接头B连接放空管线，所述出站紧急截断阀还通过引压管线连接放空管线；所述引压管线上还设有压力变送器A和压力变送器B，所述压力变送器和压力变送器B分别通过电缆A和电缆B接入接线箱，所述接线箱通过电缆C与站控系统相连。本发明可实现输气管道监测报警功能，并能预估爆管位置、提高管道完整性和运行安全、使管道爆管检测更趋于实用化，减少设备投资和施工费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种输气管道主管线压降速率监测报警装置及方法。
背景技术
在管道运行过程中，由于管道腐蚀、第三方破坏、施工质量等原因，致使天然气管道破裂或断裂而造成天然气泄露，最终酝酿成油气管道安全事故，给社会和企业造成了很大的不利影响，更给管道周围人民群众的生命财产安全带来了严重威胁。如果不及时掌握管道是否断裂或破裂等相关信息，及时进行处理，将导致事故后果不断加重，造成严重的环境污染和重大的人身及财产损失。
对于由于管道腐蚀、第三方破坏、施工质量等造成的输气管道泄露，由于天然气是可压缩流体，以往工程无法用输油管道的方法进行泄露监测，无法实现输送系统在出现异常情况下的紧急切断和场站进出站的紧急关断功能，导致只有当出现人眼可观察到的天然气泄漏、火灾或爆炸等重大事故时，才能发现相关问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种使输气管道首站的站内主管线压降速率监测报警速度更及时、准确率更高的装置及方法，提高输气管道及周边人员和财产安全。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种输气管道首站站内主管线压降速率监测报警装置，包括：主管线通过三通接头A连接出站管线，所述出站管线上游经阀门A连接发球筒，所述出站管线下游依次经出站紧急截断阀和三通接头B连接输气管道去往下游的干线管道；所述出站管线通过所述三通接头B连接放空管线，所述放空管线依次经阀门B和阀门C连接高压放空管线；所述出站紧急截断阀还通过引压管线连接放空管线；所述引压管线上还依次设有阀门D和阀门E，在所述阀门D和阀门E之间还设有压力变送器A和压力变送器B，所述压力变送器和压力变送器B分别通过电缆A和电缆B接入接线箱，所述接线箱通过电缆C与站控系统相连。
所述压力变送器A和压力变送器B均包括：
电源模块，用于给压力变送器工作提供电力；中央处理器，该中央处理器上集成设置有模数变换器和通用异步接收/发送装置；RS485通讯模块，该RS485通讯模块与中央处理器的通用异步接收/发送装置相互通信连接。
所述的模数变换器用于接收压力传感器的mV信号并将其转换成压力数字信号提供给中央处理器，中央处理器根据压力数字信号得出压力值并计算出压降速率值，并通过通用异步接收/发送装置传输给RS485通讯模块输出；中央处理器在运算压降速率值时，将第一次计算的压力值作为压降速率计算的初值，此时输出压降速率为0，然后在下一个工作状态通过(Pm+1–Pm)/Δt计算压降速率，其中：Pm+1为当前采样计算的压力值，Pm为上次采样计算的压力值，Δt为两次采样的时间间隔；
所述的中央处理器上还设置用于记录采样周期指令的FLASH存储器，所述的电源模块上设置用于给压力传感器供电的第一电源输出线路、以及用于给RS485通讯模块供电的第二电源输出线路、以及用于给中央处理器供电的第三电源输出线路，所述的中央处理器内设置有周期计时器，该中央处理器根据FLASH存储器的采样周期指令以及周期计时器输出用于控制电源模块工作的低功耗控制信号。
进一步的，所述三通接头A的两个出口均与所述出站管线连接；所述三通接头B的两个进口均与所述出站管线连接。
进一步的，所述出站紧急截断阀经电缆D接入接线箱。
进一步的，所述压力变送器A通过由仪表根部阀A和仪表阀A组成的阀组与引压管线相连；所述压力变送器B通过由仪表根部阀B和仪表阀B组成的阀组与引压管线相连。
进一步的，
在所述压力变送器A处设有压力表A，所述压力表A与所述压力变送器A共用一个引压点，所述压力表A通过由仪表根部阀A和仪表阀A组成的阀组与引压管线相连；
在所述压力变送器B处设有压力表B，所述压力表B与所述压力变送器B共用一个引压点，所述压力表B通过由仪表根部阀B和仪表阀B组成的阀组与引压管线相连。
一种输气管道首站站内主管线压降速率监测报警方法，包括以下步骤：
步骤1，启动输气管道首站站内主管线压降速率监测报警装置；
步骤2，设置输气管道首站站内主管线压降速率监测报警装置的压降速率临界值ΔPsp；
步骤3，设置压降速率连续判断时间为n秒，n为自然数且为5的整数倍，持续采样比较次数为
步骤4，设报警延时动作时间为T秒；
步骤5，控制器启动计时程序；
步骤6，压力变送器每隔5s采集一次出站管线上下游的压力信号，并分别通过电缆进入接线箱，最后通过电缆接入所述控制器；
步骤7，当计时程序达到75s，记录采样的时间标签；
步骤8，设置压降速率连续超设定值次数k为0；
步骤9，所述控制器开始计算压降速率，以连续4个采样压力的平均值作为一组，与60s前的4个采样压力的平均值求差，计算公式如下：
其中：
Δt：采样间隔为Δt＝5s；
Pt：t时刻采样压力，MPa；
ΔPi：压降速率，MPa/min；
ΔPsp：压降速率设定值，MPa/min；
步骤10，控制器将计算到的ΔPi和ΔPsp进行比较：
若ΔPi≥ΔPsp，则k的数值加一，即k＝k+1，并执行步骤11；
若ΔPi＜ΔPsp，则回到步骤8；
步骤11，控制器将压降速率连续超设定值次数k和连续采样比较次数n/5进行比较：
若则执行步骤12；
若则回到步骤9；
步骤12，发出报警，执行自动关阀程序或人为干预屏蔽自动关阀程序。
进一步的，步骤12中，在发出报警后，还包括启动报警延时动作计时器，计时T秒：
若至报警延时动作计时结束时，一直没有人为干预，则执行自动关闭程序；
若报警延时动作计时期间，操作员确认管线出现问题，通过二次“确认”，自动清零并屏蔽报警延时动作计时器，自动关闭相应管线方向的进或出站的紧急截断阀，隔离事故管线与站场；
若报警延时动作计时期间，操作员不能确定管线是否出现问题，需要继续核实，由操作员点击“屏蔽”，报警维持，自动关阀程序被屏蔽。
进一步的，所述自动关闭程序为联锁关闭爆管处上下游的出站紧急截断阀，隔离事故管线与站场，报警延时动作计时器清零，关闭报警延时动作计时器。
进一步的，步骤5中所述控制器为站控系统PLC(可编程逻辑控制器)或阀室RTU(远程终端设备)。
本发明的有益效果为：
本发明可实现输气管道监测报警功能，并能预估爆管位置、提高管道完整性和运行安全、使管道爆管检测更趋于实用化，减少设备投资和施工费用。
附图说明
图1为本发明所述输气管道首站站内主管线压降速率监测报警装置结构示意图；
图2为输气管道首站站内主管线压降速率监测报警及联锁保护方法的流程示意图；
其中，1-主管线，2-三通接头A，3-出站管线，4-出站紧急截断阀，5-三通接头B，6-阀门A，7-放空管线，8-阀门B，9-阀门C，10-引压管线，11-阀门E，12-阀门D，13-仪表根部阀B，14-仪表阀B，15-压力变送器B，16-仪表根部阀A，17-仪表阀A，18-压力变送器A，19-接线箱，20-电缆D，21-电缆A，22-电缆B，23-电缆C。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述一种输气管道首站站内主管线压降速率监测报警方法使用一种输气管道首站站内主管线压降速率监测报警装置，如图1所示，包括：主管线1通过三通接头A2连接出站管线3，所述出站管线3上游经阀门A6连接发球筒，所述出站管线3下游依次经出站紧急截断阀4和三通接头B5连接输气管道去往下游的干线管道；所述出站管线3通过所述三通接头B5连接放空管线7，所述放空管线7依次经阀门B8和阀门C9连接高压放空管线；所述出站紧急截断阀4还通过引压管线10连接放空管线7；所述引压管线10上还依次设有阀门D12和阀门E11，在所述阀门D12和阀门E11之间还设有压力变送器A18和压力变送器B15，所述压力变送器18和压力变送器B15分别通过电缆A21和电缆B22接入接线箱19，所述接线箱19通过电缆C23与站控系统相连。
所述压力变送器A和压力变送器B均包括：
电源模块，用于给压力变送器工作提供电力；中央处理器，该中央处理器上集成设置有模数变换器和通用异步接收/发送装置；RS485通讯模块，该RS485通讯模块与中央处理器的通用异步接收/发送装置相互通信连接。
所述的模数变换器用于接收压力传感器的mV信号并将其转换成压力数字信号提供给中央处理器，中央处理器根据压力数字信号得出压力值并计算出压降速率值，并通过通用异步接收/发送装置传输给RS485通讯模块输出；中央处理器在运算压降速率值时，将第一次计算的压力值作为压降速率计算的初值，此时输出压降速率为0，然后在下一个工作状态通过(Pm+1–Pm)/Δt计算压降速率，其中：Pm+1为当前采样计算的压力值，Pm为上次采样计算的压力值，Δt为两次采样的时间间隔；
所述的中央处理器上还设置用于记录采样周期指令的FLASH存储器，所述的电源模块上设置用于给压力传感器供电的第一电源输出线路、以及用于给RS485通讯模块供电的第二电源输出线路、以及用于给中央处理器供电的第三电源输出线路，所述的中央处理器内设置有周期计时器，该中央处理器根据FLASH存储器的采样周期指令以及周期计时器输出用于控制电源模块工作的低功耗控制信号。
进一步的，所述三通接头A2的两个出口均与所述出站管线3连接；所述三通接头B5的两个进口均与所述出站管线3连接。
进一步的，所述出站紧急截断阀4经电缆D20接入接线箱19。
进一步的，所述压力变送器A18通过由仪表根部阀A16和仪表阀A17组成的阀组与引压管线10相连；所述压力变送器B15通过由仪表根部阀B13和仪表阀B14组成的阀组与引压管线10相连。
进一步的，
在所述压力变送器A18处设有压力表A，所述压力表A与所述压力变送器A18共用一个引压点，所述压力表A通过由仪表根部阀A16和仪表阀A17组成的阀组与引压管线10相连；
在所述压力变送器B15处设有压力表B，所述压力表B与所述压力变送器B15共用一个引压点，所述压力表B通过由仪表根部阀B13和仪表阀B14组成的阀组与引压管线10相连。
本发明输气管道压降速率检测具体检测原理为：当输气管道内充满高压天然气时，若某个地点发生断裂或破裂，此时，在该点上下游的管道内的气体将大量的从该点泄漏出去，导致上下游管道的压力迅速降低。利用该特征，即可判断出管道是否断裂或破裂，同时利用上下游的时间差可定位泄漏点的大概位置。
针对现有天然气管道无法进行爆管检测报警及设置泄漏报警但受管道调峰时压力降低导致的误报警的问题，本发明将输气管道压降速率检测方法应用到输气管道，实现输气管道爆管检测报警。
具体的，一种输气管道首站站内主管线压降速率监测报警及联锁保护方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1，启动上述输气管道首站站内主管线压降速率监测报警装置；
步骤2，设置输气管道首站站内主管线压降速率监测报警装置的压降速率临界值ΔPsp(单位：MPa/min)；
步骤3，设置压降速率连续判断时间为n秒，n应该是5的整数倍(如15s、20s等)，则持续采样比较次数为
步骤4，设报警延时动作时间为T秒(T根据管道情况设定，推荐为120s)；
步骤5，控制器(如站控系统PLC或阀室RTU等)启动计时程序；
步骤6，压力变送器每隔5s采集一次出站管线上下游的压力信号，并分别通过电缆进入接线箱，最后通过电缆接入控制器(如站控系统PLC或阀室RTU等)；
步骤7，当计时程序达到75s，此时已采样15次，记录采样的时间标签；
步骤8，设置压降速率连续超设定值次数k为0，即k＝0；
步骤9，控制器开始计算压降速率，以连续4个采样压力的平均值作为一组，与60s前的4个采样压力的平均值求差。计算公式如下：
其中：
Δt：采样间隔为Δt＝5s；
Pt：t时刻采样压力(单位：MPa)；
ΔPi：压降速率(单位：MPa/min)；
ΔPsp：压降速率设定值(单位：MPa/min)
步骤10，控制器将计算到的ΔPi和ΔPsp进行比较：
若ΔPi≥ΔPsp，则k的数值加一，即k＝k+1，并执行步骤11；
若ΔPi＜ΔPsp，则回到步骤8，从步骤8开始继续往下执行步骤；
步骤11，控制器将压降速率连续超设定值次数k和连续采样比较次数n/5进行比较：
若则执行步骤12；
若则回到步骤9，从步骤9开始继续往下执行步骤；
步骤12，发出报警，并启动报警延时动作计时器，计时T秒；
若至报警延时动作计时结束时，一直没有人为干预，则执行步骤13；
若报警延时动作计时期间，操作员确认管线出现问题，通过二次“确认”，自动清零并屏蔽报警延时动作计时器，自动关闭相应管线方向的进或出站ESDV阀(出站紧急截断阀)，隔离事故管线与站场；
若报警延时动作计时期间，操作员不能确定管线是否出现问题，需要继续核实，由操作员点击“屏蔽”，报警维持，自动关阀程序被屏蔽；
步骤13，联锁关闭爆管处上下游的出站紧急截断阀，隔离事故管线与站场，报警延时动作计时器清零，关闭报警延时动作计时器。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)
1.一种输气管道主管线压降速率监测报警装置，其特征在于，包括：主管线(1)通过三通接头A(2)连接出站管线(3)，所述出站管线(3)上游经阀门A(6)连接发球筒，所述出站管线(3)下游依次经出站紧急截断阀(4)和三通接头B(5)连接输气管道去往下游的干线管道；所述出站管线(3)通过所述三通接头B(5)连接放空管线(7)，所述放空管线(7)依次经阀门B(8)和阀门C(9)连接高压放空管线；所述出站紧急截断阀(4)还通过引压管线(10)连接放空管线(7)；所述引压管线(10)上还依次设有阀门D(12)和阀门E(11)，在所述阀门D(12)和阀门E(11)之间还设有压力变送器A(18)和压力变送器B(15)，所述压力变送器(18)和压力变送器B(15)分别通过电缆A(21)和电缆B(22)接入接线箱(19)，所述接线箱(19)通过电缆C(23)与站控系统相连；
所述压力变送器A(18)和压力变送器B(15)均包括：
电源模块，用于给压力变送器工作提供电力；中央处理器，该中央处理器上集成设置有模数变换器和通用异步接收/发送装置；RS485通讯模块，该RS485通讯模块与中央处理器的通用异步接收/发送装置相互通信连接。
2.根据权利要求1所述的输气管道主管线压降速率监测报警装置，其特征在于，所述三通接头A(2)的两个出口均与所述出站管线(3)连接；所述三通接头B(5)的两个进口均与所述出站管线(3)连接。
3.根据权利要求1所述的输气管道主管线压降速率监测报警装置，其特征在于，所述出站紧急截断阀(4)经电缆D(20)接入接线箱(19)。
4.根据权利要求1所述的输气管道主管线压降速率监测报警装置，其特征在于，所述压力变送器A(18)通过由仪表根部阀A(16)和仪表阀A(17)组成的阀组与引压管线(10)相连；所述压力变送器B(15)通过由仪表根部阀B(13)和仪表阀B(14)组成的阀组与引压管线(10)相连。
5.根据权利要求4所述的输气管道主管线压降速率监测报警装置，其特征在于，
在所述压力变送器A(18)处设有压力表A，所述压力表A与所述压力变送器A(18)共用一个引压点，所述压力表A通过由仪表根部阀A(16)和仪表阀A(17)组成的阀组与引压管线(10)相连；
在所述压力变送器B(15)处设有压力表B，所述压力表B与所述压力变送器B(15)共用一个引压点，所述压力表B通过由仪表根部阀B(13)和仪表阀B(14)组成的阀组与引压管线(10)相连。
6.一种输气管道主管线压降速率监测报警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，启动输气管道首站站内主管线压降速率监测报警装置；
步骤2，设置输气管道首站站内主管线压降速率监测报警装置的压降速率临界值ΔPsp；
步骤3，设置压降速率连续判断时间为n秒，n为自然数且为5的整数倍，持续采样比较次数为
步骤4，设报警延时动作时间为T秒；
步骤5，控制器启动计时程序；
步骤6，压力变送器每隔5s采集一次出站管线上下游的压力信号，并分别通过电缆进入接线箱，最后通过电缆接入所述控制器；
步骤7，当计时程序达到75s，记录采样的时间标签；
步骤8，设置压降速率连续超设定值次数k为0；
步骤9，所述控制器开始计算压降速率，以连续4个采样压力的平均值作为一组，与60s前的4个采样压力的平均值求差，计算公式如下：
其中：
Δt：采样间隔为Δt＝5s；
Pt：t时刻采样压力，MPa；
ΔPi：压降速率，MPa/min；
ΔPsp：压降速率设定值，MPa/min；
步骤10，控制器将计算到的ΔPi和ΔPsp进行比较：
若ΔPi≥ΔPsp，则k的数值加一，即k＝k+1，并执行步骤11；
若ΔPi＜ΔPsp，则回到步骤8；
步骤11，控制器将压降速率连续超设定值次数k和连续采样比较次数n/5进行比较：
若则执行步骤12；
若则回到步骤9；
步骤12，发出报警，执行自动关阀程序或人为干预屏蔽自动关阀程序。
7.根据权利要求6所述的输气管道主管线压降速率监测报警方法，其特征在于，步骤5中所述控制器为站控系统PLC或阀室RTU。
8.根据权利要求6所述的输气管道主管线压降速率监测报警方法，其特征在于，步骤12中，在发出报警后，还包括启动报警延时动作计时器，计时T秒：
若至报警延时动作计时结束时，一直没有人为干预，则执行自动关阀程序；
若报警延时动作计时期间，操作员确认管线出现问题，通过二次“确认”，自动清零并屏蔽报警延时动作计时器，自动关闭相应管线方向的进或出站的紧急截断阀，隔离事故管线与站场；
若报警延时动作计时期间，操作员不能确定管线是否出现问题，需要继续核实，由操作员点击“屏蔽”，报警维持，自动关阀程序被屏蔽。
9.根据权利要求6所述的输气管道主管线压降速率监测报警方法，其特征在于，所述自动关闭程序为联锁关闭爆管处上下游的出站紧急截断阀，隔离事故管线与站场，报警延时动作计时器清零，关闭报警延时动作计时器。
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