基于管道位移振动检测的清管器定位指示器

崔艳坤,杨明达,隋易 ,孟祥龙

123国家管网集团北方管道有限责任公司大庆（加格达奇）输油气分公司，黑龙江省大庆市，163000

4国家管网集团北方管道有限责任公司大庆应急抢修中心，黑龙江省大庆市，163000

摘要：传统清管器跟踪定位技术受管道金属特性、埋深、内部介质及周围环境条件限制通用性较差，而基于位移振动检测法的清管器跟踪定位技术因所采集的位移振动信号变化灵敏优势获得了更多的关注。以国家石油天然气管网集团某作业区清管器跟踪作业为例，提出了基于位移振动检测的清管器通过指示的方法。利用现场实际清管器跟踪作业的全过程验证该方法的有效性，结果表明该方法报警及时、准确，可实现清管器清管的定点通过监测。

关键词：清管器；位移振动；变送器

1当前在用清管器通过指示器使用现状

管道清管作业是常用的清除管道内杂质，提高管道运行效率的方法之一。随着科学技术的发展，清管器定位仪器被用于清管器定位跟踪工作中，常用的清管器定位指示器有以下几种：

（1）电磁波定位接收机是通过与安装在清管器上的发射机配合实用的清管器定位仪器。当清管器经过时，接收机接收到发射机的脉冲信号，经过对比放大进行报警。由于发射机发射的电磁波受到金属管壁严重的屏蔽，导致电磁波信号较为微弱甚至无法被接收机检测到。另外，电磁波接收机采用的是低频电磁波收发信号，容易受到周边电磁波干扰严重，特别在输油气站场内部清管器收发作业的阀组区误报现象频发，误报率高。

（2）机械式清管器指示器需要对管道开孔，将机械撞杆伸进管道内部。当清管器密封板触碰机械撞杆而向上运动，机械撞杆另一端再触碰到指示器表头的触点而触发报警。该类型的指示器在生产实际应用过程中容易出现机械撞杆变形、表头与撞杆间距变大等问题导致不能及时报警，可靠性不高。而且需要对管道开孔安装，实际上增加了管道运行的风险点。在近些年新建管道上，已逐渐减少安装该类型清管器指示器。

（3）磁感应清管器指示器是一种通过在清管器上安装强磁铁，在管壁上安装感应天线，当清管器经过时，天线感应到磁通量的变化而发生报警一种清管器通过指示器。在实际应用过程中发现，清管器上安装的强磁铁容易吸附原油中的机械杂质，机械杂质将强磁铁包裹后降低了其磁场强度。现场通过高斯计对磁性进行检测，在10cm距离上，包裹机械杂质的强磁铁其磁性强度衰减了50%。另外，磁感应线的绝大部份将沿着管道的壁厚金属内通过,漏到管壁外的磁通量极少，其产生的磁性屏蔽作用使得磁感应清管器指示器难以做出感应，清管器经过时不能及时触发报警。加之，管道焊接施工及后续动火换阀施工作业过程中，由于管道切割机切割管道后常常在焊缝两侧钢管上留有磁性，一旦消磁不彻底，管道剩余磁性将对磁感应清管器指示器产生干扰，造成其无法报警。

2基于管道位移振动检测的清管器定位指示器的开发

2.1基本原理

在清管器经过时，管道在清管器密封板与管道内壁的摩擦力和重力的作用下，会产生具有一定规律的动态响应特征。在清管器皮碗与管道内壁接触点的应力最大，随着距离的增加，应力值逐渐降低。这种有规律的应力变化沿管道轴向分布，并随着清管器位置的远离而逐渐减弱。清管器所在位置处管道的振动幅度最大，随着检测点与清管器距离的增加，监测点管道的振动幅度逐渐减小。可以利用这一清管器运行时的响应特征，对管道振动进行测量分析，从而判定清管器的通过。

清管器通过时所引起的管道振动特征与管道正常运行时有所区别，并呈现一定的变化规律。摩擦力作用和清管器重力作用是产生管道振动的重要原因。

基于管道位移振动检测的清管器定位指示器的利用三轴振动变送器作为传感器，检测管道位移振动信号。当管道进行清管作业时，清管器在管道中运行与管道内壁发生摩擦，在管道变径处、弯头处、管道焊缝处等位置发生碰撞产生振动。通过测量位移振动量，并对报警进行分析，记录报警时间，从而实现清管器的定位报警。

2.2现场应用

在某外径为813mm和711mm输油管道清管作业区期间进行了测试。为了确保检测到明显的通过信号，在收球筒前方的（发球筒后方）阀门支撑板钻孔、攻丝，安装振动变送器（量程0-100μm），振动数字显示仪表，并将报警信号连接至PLC系统。实时监测管道振动值（位移量）。

在外径711mm的管道上应用，通过试验发现，在运行压力5.35MPa，输油流量在1880m³/h，管道正常平稳运行时，振动值＜4μm，清管器通过时振动值清管器通过振动检测实测值达26μm，且根据清管器的结构形式（5直板，2皮碗）会出发两次振动值＞20μm的现象（2s以内），将振动报警值设定在20μm，并通过数显表开关量报警传递给站控机，实现清管器通过报警。

在外径813mm的管道上应用，在运行压力0.12MPa，输油流量在2000m³/h，管道正常平稳运行时，振动值0μm，清管器通过时振动值清管器通过振动检测实测值8μm

，根据清管器的结构形式（6直板，前面3个直板，后面3个直板）会出发两次振动值＞5μm的现象（2s以内），将振动报警值设定在5μm，并通过数显表开关量报警传递给站控机，实现清管器通过报警。

通过发现，不同的管道运行情况，对管道清管器报警振动设定值是不一样的。现在需要根据实际情况，提前测试出位移振动值，并根据检测的最大值的80%左右设置报警值可实现较好的报警效果。

清管器即将经过阀室、收发球筒时，监控人员在站控室通过报警信息即可判断清管器是否经过传感器的安装位置，操作人员无需到现场进行跟踪，有效降低了工作人员的劳动强度和安全风险。在未来地阵检测、管道泄漏等对设备产生的冲击波，与清管器产生的振动类似。可结合管道运行参数、报警信号等信息对可能产生的影响进行分析判断，从而及时赶往现场，对生产应急也有一定的帮助。

3.结论

通过现场实际应用论证，提出了一种利用管道位移振动检测技术的清管器跟踪定位方法。基于清管器与管道摩擦及撞击的原理，利用位移振动变送器检测振动值，当清管器在管道中运行时，与管道内壁、焊缝、弯头、变径等处产生振动，振动作用在振动变送器上，检测该位移振动信号并报警，从而实现清管器的跟踪定位。通过在某外径为813mm和711mm输油管道上的现场试验，验证了该技术在管道清管作业过程中的可行性，具有较高的工程应用价值。

参考文献：

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