检漏仪在煤层气管道输送中的应用

2021-07-28梁建国

机械管理开发 2021年6期

梁建国

（山西华阳新材料科技集团有限公司煤层气开发利用分公司，山西阳泉 045008）

引言

近几年，煤层气的再利用引起了各界广泛的关注，但如何控制在煤层气管道运输中减少漏气也是一项重要的研究课题。当煤层气在管道内运输时，煤层气管道内呈现正压状态，一旦出现泄漏，漏孔的位置产生湍流噪声，而且具有较宽的噪声频带，频率可达到超声波的波段频率[1-2]。检漏仪的检测原理主要是依据检测超声波为主，该仪器操作简单、对操作人员要求低、时效性高，可广泛地应用于各类检测漏气作业。同时，检漏仪在煤层气管道输送中起到关键性的辅助作用，为我国煤层气的安全再利用打下了坚实的基础。

1 检漏仪的简介

基于在正压状态下湍流噪声的频率可达到超声波的特性，超声波传感器检漏仪作为其关键元件，可检出在煤层气管道输送中有无泄漏情况的发生。整个系统的检测主要结合模拟电路与数字电路，工作架构如图1所示。

图1 检漏仪架构图

超声波传感器的工作原理是通过将检测到的超声波信号转变成为电压信号，是基于声场与电场之间的耦合作用，作为超声技术中的核心因素，越好的性能体现则直接影响到最优的使用效果以及广泛的应用场景。区别于普通的传感器，超声波传感器不需要有外接电源对其进行电流的输送，主要是通过产生压电效应来将超声波信号转换为电压信。本文所介绍检漏仪中的超声波传感器中超声换能器选择材质为压电陶瓷，其关键参数为[1-2]标称频率（40 kHz）、接收灵敏度（-65 dB）、静电容量（240 025%PF）、阻抗（1 000 Ω）以及波速角度（45°）。锥形辐射器将传送的超声波进行组合积聚，使得内部的驱动振子发生弯曲振动，如此振动变化可使在电极间产生相对应的电信号，完成声场中超声波信号向电信号的转变。

一般泄漏产生的超声波信号比较微小，需要前置放大电路对电流进行放大。本文介绍的前置放大电路LF357来进行前置运效，涉及参数有噪声系数、转换速率（50 m/s）、共模抑制比（100 dB）、输入阻抗（1 012 Ω）以及增益宽带（20 MHz）。

除此之外，信号放大时，仪器自身及周围环境的噪声均被放大，因此需要带通滤波来对收集到的信号进行消除过滤；消除背景以及仪器本身的杂音之后，采用二次放大对本就微弱的信号进行进一步的放大处理，且根据所检测到的强弱信号，可由LED指示出在抽采过程中漏气位置，再通过音频处理器采取降频操作转换超声波信号实现人耳可识别的音频；AD转换将模拟信号转换为数字信号并将其提供于ARM7，最后通过计算得出频率值以及电压峰值，并完成液晶显示屏对这两个值的显示，实现直观地可视化操作。整个仪器简单便捷，易于操作。

2 检漏仪的应用测试实验

通常，煤层气运输管道常用的材质为PE管材/铸铁管道，因此为验证检漏仪在实际应用过程的适用性，先对其进行测试实验。在模拟管道上，分别设置5个不同孔径大小的孔洞，且每次只开放一个孔洞，即一个漏气点，孔径的大小即代表漏气的多少。除此之外，管道内的正压系统主要是通过控制上游管路开合阀门的程度来进行调节。当开启漏气孔时，采取由远及近的方式控制检漏仪与漏气位置间距离的有效检测，观察检漏仪是否可以成功检测出漏气位置并发生报警给操作人员提示。在检漏仪的检测过程中，需长按检漏仪操作盘上的测试键，并使仪器中的超声检测探头正对所漏气测试管道。如若管道有漏气现象产生，LED指示灯亮，液晶显示屏将显示漏气以及所漏气体产生超声波信号对应的频率。本文分别将该检漏仪应用于PE管材/铸铁管道进行实验检测，漏气检测频率与检测距离L和检测压力P有较好的函数关系，并根据相关软件进行拟合处理，如公式（1）。