Волновой метод (метод "волны давления")

[klugl]

Метод базируется на обнаружении волны падения давления (волны разрежения), возникающей при образовании в трубе отверстия через которое вытекает продукт. Такая волна падения давления является частным случаем гидроудара.
Если волна падения давления зафиксирована по меньшей мере двумя контроллерами СОУ, используя моменты прохождения и скорость распространения волны можно вычислить место её образование (координату утечки).
Пример изменения давления при прохождения волны давления через пару датчиков давления расстояние между которыми примерно 150 м показан на рисунке.

[klugl]

Реализация волнового метода и его особенности

Для реализации этого метода используются быстродействующие датчики давления и специализированные контроллеры СОУ.
Контроллер СОУ опрашивает датчики давления периодически с частотой не менее 20 Гц (рекомендуемая частота не менее 50…100 Гц).
Для обнаружения волны разрежения используются цифровые фильтры и корреляционный анализ.
Обнаруженным волнам давления присваиваются метки точного времени.
Координата утечки определяется по формуле \( \displaystyle
x =\frac{x_2+x_1}{2} – (t_2-t_1) \cdot c\),
где \(c\) - скорость распространения волны давления;
\(x_1\) и \(x_2\) – координаты датчиков давления, зафиксировавших волну падения давления (\(x_1\) находится выше по потоку, чем \(x_2\));
\(t_1\) и \(t_2\) – время прохождения волны давления через датчики давления с координатами \(x_1\) и \(x_2\) соответственно.

[klugl]

Преимущества волнового метода

Метод имеет высокую чувствительность (до 0,3% от максимального расхода), позволяет как обнаружить факт утечки, так и локализовать её (вычислить координату места образования утечки).

[klugl]

Недостатки волнового метода

Волновой метод работает лишь в случае, если время развития утечки мало (имеется выраженный фронт падения давления).
Метод требует применения специализированных контроллеров СОУ и датчиков с малым временем отклика.
Для обнаружения утечки необходимо чтобы, волну давления зафиксировали как минимум две контроллера СОУ, что из-за затухания волны приводит к необходимости устанавливать датчики давления и контроллеры СОУ каждые 20-30 км.
Существенное влияние на эффективность метода оказывают наличие газовых пузырей в трубопроводе, которые поглощают волну разрежения и гидродинамические шумы.
Наличие технологических элементов трубопровода, отражающих волны давления, может значительно усложнять реализацию метода. Пример переотражений приведён тут.

[klugl]

Характеристики волнового метода

На рисунке приведены предельные характеристики по чувствительности волнового метода указанные в РД-13.320.00-КТН-223-09. Минимальная погрешность определения координаты согласно РД-13.320.00-КТН-223-09 составляет 300 м.
В единицах расхода чувствительность метода составляет примерно 0,4% от максимального расхода продукта в трубопроводе.

[klugl]

Общая структура волнового метода

Волновой алгоритм СОУ позволяет обнаружить утечку и определить её координаты.
Состоит он их следующих этапов:
1) обнаружение волны давления на КП (контрольном пунктов трубопровода с датчиком давления СОУ) перед местом утечки и КП после места утечки в том числе отбраковка отражённых волн подробнее про отражённые волны;
2) вычисление разницы абсолютных времён прохождения волны через оба КП;
3) вычисление собственно координаты утечки.