管道清管器运行速度控制技术研究进展

发布时间：2021-02-09 08:21

　　随着对管道安全问题和降本增效理念的逐步重视,管道清管操作已成为全世界油气管道运行中必不可少的作业规程,清管器的运行速度是需要重点控制的参数之一,当其处于合理区间内时（原油管道1～5m/s,天然气管道2～7m/s）,清管效果最佳。本文基于对管道清管数学模型的研究,首先论述了不同的被动控制方法,认为该方法较为灵活,应用广泛,对不同入口条件下清管器速度的准确计算是能否控制清管器速度处于合理区间的关键;然后对不同的主动控制方法进行了研究,研究表明:射流清管器速度控制的核心是旁通率的优选,其依赖于压降系数、皮碗与管壁间摩擦力的准确计算,建立简便可靠的摩擦力工程计算模型将有助于射流清管技术应用的进一步推广;最终本文对清管器智能调速技术进行综述和展望,指出发展稳定可靠的国产智能调速技术是未来重点研究方向。 

【文章来源】：化工进展. 2020,39(06)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

清管器平均速度和清管时间随摩擦力的变化曲线[55]

直通旁通阀

对于管道内检测器来讲，为了获得准确的检测数据，需要将运行速度控制在某一稳定值附近（一般小于4m)[3,10]，因此管道内检测器常带有速度控制单元，其常见结构如图2所示，工作原理如下：设备上安置的里程传感器检测清管器运行速度Vp，并将其传送给控制单元，控制单元将Vp与预设阈值上下限Vmax和Vmin进行比较，若Vp≥Vmax，说明清管器运行速度过快，则控制步进电机打开转动叶片，转动叶片与固定叶片之间形成旁通，此时有流体经过旁通流向下游，驱动力因此减小，清管器速度减小；相反地，当Vp≤Vmin时则关闭转动扇叶，清管器前后压差增大，速度进而提高，直至运行速度置于预设区间[24]。速度控制单元所采用的控制策略是调速清管器设计中的关键，由于国外技术的封锁，此处可考文献较少。据Rahe[10]的报道，最初的控制策略基于简单的阈值判别，即当清管器速度高于上限值10%时，则打开旁通阀降速，当低于下限值10%时关闭旁通阀提高速度，这种控制方法较为简单，能够有效防止清管器速度的过大或过小，但调节过程过于死板，极易引起清管器速度的强烈脉动。Nguyen[6]和Rahe[10]等均提出了非线性控制策略。Nguyen等[6]基于构造的Lyapunov方程，采集清管器位置、速度和旁通孔流体流速三个参数作为依据控制旁通孔的开度，实验结果显示控制效果良好；Rahe[10]则将清管器速度作为唯一的参考变量，建立了简化的数学模型，但其转阀过程耗时较长，调节存在滞后现象。朱霄霄等[24,66-67]沿用将速度作为唯一判别依据的思想，提出了基于PID控制的清管器速度控制策略，引入转阀调整比例系数P，可由实验和模拟进行优化整定，执行机构（电动机）所控制的转阀转动角度为[式(4)]。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3025353