Nghiên cứu quy trình xử lý dữ liệu cho thiết bị khảo sát đường ồng dẫn khí

Bài viết này trình bày một quy trình xử lý dữ liệu cho thiết bị khảo sát đường ống dẫn khí sử dụng thuật toán lọc thích nghi. Một mô hình đơn giản gồm xe gắn khung từ và bốn cảm biến Hall được chế tạo để làm thử nghiệm. Dữ liệu từ cảm biến Hall được xử lý sơ bộ trước khi gửi về bộ thu thập dữ liệu để truyền về máy tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu quy trình xử lý dữ liệu cho thiết bị khảo sát đường ồng dẫn khí Vũ Minh Hùng, Phạm Hồng Quang, Lê Văn Sỹ 26 NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU CHO THIẾT BỊ KHẢO SÁT ĐƯỜNG ỒNG DẪN KHÍ RESEARCH ON A DATA PROCESSING PROCEDURE FOR THE GAS PIPELINE INSPECTION GAUGE Vũ Minh Hùng, Phạm Hồng Quang, Lê Văn Sỹ Trường Đại học Dầu khí Việt Nam (PVU); hungvm@pvu.edu.vn Tóm tắt - Bài báo này trình bày một quy trình xử lý dữ liệu cho thiết bị khảo sát đường ống dẫn khí sử dụng thuật toán lọc thích nghi. Một mô hình đơn giản gồm xe gắn khung từ và bốn cảm biến Hall được chế tạo để làm thử nghiệm. Dữ liệu từ cảm biến Hall được xử lý sơ bộ trước khi gửi về bộ thu thập dữ liệu để truyền về máy tính. Ở đó một phần mềm lập trình trên nền C # sẽ lấy mẫu dữ liệu trong khoảng thời gian 1 ms hoặc 0,5 ms để xử lý và hiện thị kết quả. Trong quy trình này, một thuật toán lọc thích nghi được đề xuất để tự động điều chỉnh tham số bộ lọc tùy theo sự thay đổi tốc độ của xe gắn khung từ. Kết quả thử nghiệm cho thấy, dữ liệu ở đầu ra của bộ lọc không những rõ ràng hơn mà còn không bị trễ và suy giảm biên độ khi xe chạy với vận tốc từ 0,2 m/s đến 1 m/s. Kết quả này là nền tảng để phát triển một sản phẩm hoàn thiện và ứng dụng thực tế. Abstract - This article presents a data processing procedure for the gas PIG (Pipeline Inspection Gauge) using an adaptive filtering algorithm. A simple model of a vehicle with a magnetic frame and four Hall sensors was created for testing. Data from the Hall sensors will be preliminarily processed before being sent to the data collection and transmitted to the computer where a software program on the C # background will pick data samples in the 1 ms or 0.5 ms time period to process and display the results. In this procedure, an adaptive filtering algorithm is proposed to automatically adjust the filter parameter according to the speed of the magnetic vehicle. Experimental results show that the output data of the filter not only proves to be clearer but also records no delay or decrease in amplitude as the magnetic vehicle moves at a speed of 0.2 m/s to 1 m/s. These findings form a basis for developing a complete PIG product to be employed in reality. Từ khóa - Thiết bị khảo sát đường ống; quy trình xử lý dữ liệu cho PIG; Bộ lọc thích nghi; Bộ lọc Kalman Key words - Pipeline Inspection Gause (PIG); Data processing system for PIG; Adaptive filter; Kalman Filter 1. Đặt vấn đề Hiện nay, Việt Nam đang quản lý khoảng 3700 km đường ống dẫn khí, trong đó có Hệ thống đường ống dẫn khí bể Cửu Long, Hệ thống đường ống Nam Côn Sơn, Hệ thống đường ống Phú Mỹ - Nhơn Trạch, Hệ thống đường ống dẫn khí thấp áp Phú Mỹ - Mỹ Xuân - Gò Dầu, Hệ thống đường ống dẫn khí PM3 - Cà Mau. Để duy trì hoạt động hiệu quả, tránh các sự cố xảy ra thì hệ thống đường ống dẫn khí phải được thường xuyên bảo trì, bảo dưỡng nhằm làm sạch đường ống, phát hiện các vết nứt, biến dạng bên trong đường ống. Để thực hiện công việc này, các công ty dầu khí thường phải thuê một loại thiết bị khảo sát đường ống gọi là PIG (Pipeline Inspection Gauge) để làm sạch và phát hiện biến dạng. Khuyết tật bên trong đường ống dẫn khí có thể được phát hiện bằng các phương pháp kiểm tra không phá hủy (non destructive test) như: phương pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing-RT), phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing- UT), phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing- PT), phương pháp kiểm tra bột từ (Magnetic Particle TestingMT), phương pháp kiểm tra dòng xoáy (Eddy Current Testing- ET), phương pháp kiểm tra rò rỉ đường sức từ (Magnetic flux leakage-MFL). Đối với phần ống bị chôn lấp hoặc đặt chìm dưới nước, người ta chỉ có thể sử dụng các phương pháp siêu âm, dòng xoáy hoặc rò rỉ đường sức bằng cách gắn các cảm biến đo của các phương pháp này lên một thiết bị khảo sát đường ống PIG như Hình 1. Thiết bị PIG được phóng đi trong lòng ống bởi áp lực của chất lỏng hoặc khí với sự hỗ trợ của các thiết bị phóng và thu nhận [3, 4]. Trong các phương pháp trên, phương pháp phát hiện rò rỉ đường sức (MFL) là phổ biến nhất vì các đặc tính ưu việt sau: không cần các quá trình chuẩn bị (pre-processing) phức tạp, dễ dàng thu nhận tín hiệu, dễ dàng thực hiện trực tuyến quá trình đo, có thể phát hiện nhiều loại khuyết tật như khuyết tật bề mặt, lỗ rỗng, sẹo, vết nứt và vết ăn mòn. Bên cạnh đó, phương pháp MFL cũng có thể phát hiện khuyết tật cả bên trong và bên ngoài thành ống [1, 2]. Bản chất của phương pháp này là sử dụng các cảm biến từ (Hall sensor) gắn xung quanh một PIG. Trong quá trình PIG chuyển động để phát hiện khuyết tật, từ trường rò rỉ sẽ được chuyển sang dạng điện áp và lưu vào bộ phận thu thập dữ liệu (Data Acquisition). Tùy thuộc vào kích thước của PIG mà số lượng cảm biến có thể khác nhau [5, 6]. Dữ liệu thu được từ PIG tương đối lớn và được tự động lưu vào bộ nhớ [7]. Hình 1. Minh họa một hình ảnh về PIG và khuyết tật trong đường ống Trên thực tế, không phải lúc nào các tín hiệu thu được từ các cảm biến cũng đúng với thực tế, việc này có nguyên ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(130).2018 nhân từ các loại nhiễu gây ra bởi dòng xoáy (Eddy Current) trong quá trình chuyển động của PIG, hoặc do vật liệu bị ăn mòn [8]. Có rất nhiều bộ lọc nhiễu có thể sử dụng để giải quyết vấn đề này: Bộ lọc thực tế [9], Bộ lọc Kalman [10, 11], Bộ lọc thích nghi [12, 13]. Tuy nhiên, do đặc tính của nhiễu không phải lúc nào cũng cố định, điều đó đòi hỏi bộ lọc phải tự động thay đổi các tham số đối với từng loại nhiễu để bảo toàn tín hiệu thu được khi đi qua bộ lọc, ngoài ra thời gian trễ và biên độ dao động cũng là một tiêu chí đặt ra đối với các bộ lọc này. Trong khuôn khổ bài báo, nhóm tác giả sẽ tập trung vào nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm một mô hình đo khuyết tật đường ống với 4 kênh (4 cảm biến Hall) và xử lý các dữ liệu thu được bằng thuật toán lọc thích nghi. 2. Mô hình thử nghiệm Một mô hình thử nghiệm quy trình xử lý dữ ...