[發明專利]基于聲學主動激勵的天然氣管道安全監測裝置

在審

• 申請號: 201410685245.2
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104373821A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 曲志剛;安陽;馮丹龍;王華洋;周衛斌
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于聲學主動激勵的天然氣管道安全監測裝置，屬于管道監測技術領域。

背景技術

為滿足國民經濟和社會工業低碳化發展的要求，天然氣產業得到了快速發展，天然氣管道的建設、運營、維護和保障逐漸成為能源建設領域的重中之重。在天然氣開采、加工和集輸過程中，當滿足一定的低溫和高壓條件時，天然氣水合物會在天然氣管道中形成并凝聚，輕則干擾正常生產，造成天然氣管道運輸能力下降，重則堵塞井筒、管道、閥門等設備造成停產，甚至可能引起輸氣管道爆裂，引發安全事故，導致嚴重的經濟、社會和人員損失。另外，由腐蝕或者外界入侵引起的泄漏事件也會造成嚴重的經濟損失及安全事故。

因此，如何及時發現天然氣管道內的天然氣水合物和泄漏事件，減少其對正常生產的影響并避免事故發生，是業界人士關注焦點。目前，國內外對于天然氣管道內泄漏事件以及水合物監測技術研究處于起步階段，國外一些學者已報道一些相關工作，但國內尚未見類似成果報道。

在輸油管道上普遍采用的負壓波泄漏檢測技術，由于管道輸送介質的不同，其依賴的由泄漏引起的壓力跳變在天然氣管道中變得相當不明顯，同時負壓力波在天然氣管道中相比輸油管道衰減得快，因此該技術并不適用于天然氣管道，同時也無法監控水合物的生成。英國專利WO2012/156669闡述了一套離線天然氣水合物早期預警系統，該系統通過采集油氣井或傳輸管道中的樣品，測量樣品中的聲速和電導率兩個關鍵物理參數，并通過人工神經網絡得到樣品中抑制劑和鹽的濃度，隨后將上述濃度值輸入到天然氣水合物相界模型，從而判斷出當前樣品存在天然氣水合物形成的風險。但該方法僅能做離線分析，無法實現全天候實時監控，存在著漏檢的可能性，而且該方法對天然氣管道泄漏無能為力。另一種方法利用壓力波傳播檢測法來檢測管道內的沉積物，即該方法利用快速閥門制造機械波，其在管道內傳播，通過檢測反射波來確定管道內是否存在沉積物，同時對其進行定位。但是該方法存在一定缺陷，其容易形成水擊效應，可對管道及其支撐環節造成相當大的損害(Water?hammer?induced?by?fast-acting?valves：Experimental?studies?at?pilot?plant?pipework.Multiphase?Science?and?Technology，2008，20(3-4)，pp239-263.A.Dudlik，H.M.Prasser，A.Apostolidis，and?A.Bergant)。

聲波在管道中傳播是一個很復雜的過程，理想情況下，平面波在管道內傳播過程中的衰減可通過下式計算：

α=ωcr[μ2ρω+(γ-1)k2ρωcp]---(1)]]>

其中α為衰減系數，ω為角頻率，c為聲速，r為管道半徑，μ為剪切粘度，ρ為密度，γ為比熱比，k為熱導率，c_p為比熱容。上式表示的是因氣體粘度和熱轉移引起的損耗。除此之外，因平面波遇到聲阻變化而引發的反射也會造成能量損耗，其反射系數R由下式確定：