资源描述：
《基于负压波的液体管道最小可检测泄漏流量的检测系统分析(1)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、基于负压波的液体管道最小可检测泄漏流量泄漏检测系统分析葛传福，王桂增，易浩清华大学自动化系，北京，中国摘要泄漏检测和左位系统的性能指标是最小可检测泄漏流量(SDLFR)。基于管道的物理模型，推导出负压波(NPW)的振幅变化的数学描述和其沿管道的衰减历程在数学描述的基础上，提出了评估SDLFR和确定管道检测敏感点的方法。进一步的研究表明，很多因索，比如泄漏位置、进口和出口的压力、流量、密度、管道负压波速、仪器的精度和噪声都会影响SDLFRq研究结果对于利用NPW方法评价系统性能具有重要意义。关键词:管道
2、；负压波；最小可检测泄漏流量1-引言管道安全化学和石油化学工业都是很重要的。考虑到安全和环境因素，管道监视在管道管理中变得越来越重要，许多检测和定位系统被开发和利用(Zhang,Wang,Liu,&Chang,2001)。在这些系统中最通用的方法都是基于负压波(NPW)法，因为其成本相对较低、容易实现、具有可接受的检测灵敏度和定位精度。如今，越来越多的注意力被吸引到改善这套系统的性能，并且，提出了新的有关性能的指标的需求，比如最小可检测泄漏流量(SDLFR),误报率和漏报率。在本文中基于管道的物理模型
3、推导出振幅变化及其负压波沿管道移动衰减的数学描述和SDLFR及敏感管道的计算方法。己经进一步进行了影响SDLFR因素的研究，并对仿真结果提出了说明。2•管道的数学模型管道的物理模型包括两个方程,即动量方程和连续性方程(Wylie,Streeter,&Suo,1993;Yan,1986):-^-4-VV+V+gsino+^^=0(1)p2D+pa2Vx=0(2)x和t为下标表示偏微分法，例如匕表示匕的偏微分法。让P表示压力,p表示流体的密度,V表示流体的速度,g表示重力加速度,a表示管道倾斜的角度,f代
4、表摩擦系数，在稳定状态是由Darcy-Weisbach公式确定的,D表示管道的直径，a表示NPW的速度，x表示到入口的距离，t是时间的标志。3o泄漏点压力变化和泄露流量的计算让垃和Plp分别表示管道的进口和出口的稳定压力,厶卩表示管道的长度,1表示泄漏位置到入口的距离，片农示距离泄漏点I处的压力。根据压力梯度得出:5I所以，Lp当泄露发生在L,泄露流量符合节流方程：Q严CkAj2p(P厂PJ(3)(4)(5)其屮G和人分别表示漏水孔和面积的流暈系数，片表示泄漏点Z后距离I的压力，化表示相对于外壁大气压
5、的压力。结合特性方法，我们可以得到(Wylieetal.,1993;Van,1986):(6)泄露引起的压力变化是(7)L之前的流量表示为Q_q=肿""/加p‘)=-(一^e)=e--Ag,paaAa(8)Q代表管道里的平均流量，1-表示的坐标在泄漏点1之前。L点之后的流量Q+是£_戸+Q+=M(_A)=e+-A/>pi+表示的坐标在i点之后。因此泄漏流量是(9)CkAdp8屮(q_(//G(竝一乙))+c；&pQ=Qi--Q+=a2-ClAlpaA可以从公式（10）得出：多种因素对泄漏量有影响，如
6、直径、长度、管道的稳态压力、流体的密度、氧化的速度和从入口泄漏部位的距离、漏水孔直径、相对于外壁大气压力的压力等。C.Ge等人。/计算机与化工32（2008）1669-16801671对于特定的管道，泄漏流呈只与泄漏口因素的作用有关。当直径和流量系数固定的时候，泄漏的位置是唯一影响泄漏量的因素。举一个例子，一个管道的参数如下：长度10.5m.直径0.273m、稳定的入口压力0.29MPa＞稳定的出口压力0.64MPa＞稳定的流量86n?/h、流体密度的843.7Kg/m3,NPW的速度1026m/s、
7、直径和喷孔流量系数的分别为0.01m和0.3,,并假定压力相対外壁气压等于零。在这些条件下，计算的距离入口1.74Km.5Km、8Km距离的泄漏流量分别是3.13m3/h＞2.82m3/h和25n?/h,。4.沿管道负压波压力的衰减历程第三节给岀了NPW的振幅变化和泄露流量的数学描述。为了确定SDLFR,必须推导出NPW在进出口处衰减的数学描述。忽略管道中的对流则方程（1）、（2）可以写成如下形式：(11)导号+如2+般“(12).其中Q是流量。管道中的压力P和流量Q可以写成:(13)其中P和Q分別表
8、示压力和流量的变化量，p和q分别表示稳定的压力和流量。在稳定的状态下我们得到（Wylie等人，1933）:(14)2=0,0=0,^=0,PK=-^^-pgsina用方程（11）、（12）替换方程（13）、（14）,然后线性化方程（11）、（12）可以得到:厶寻+“_字,c洱一肆（⑸dtoxutox其中厶=%,R=fQ/A2pD,C=^/2可以分别推导出单位长度的电阻和电容。根据拉普拉斯公式可以得到（Drago&Geiger,,2002；Drago、Ge
