天然气管道阀门内漏声发射信号特征研究

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1、北京石油化工学院学报第21卷第1期Vo1．21No．1JournalofBeijingInstituteof2013年3月Mar．2012Petro—chemicalTechnology天然气管道阀门内漏声发射信号特征研究张海峰，李振林，姬忠礼，刘刚。，张倩倩(1．中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，北京102249；2．中石油北京天然气管道有限公司，北京100012)摘要：通过理论分析的方法建立阀门内漏过程中气体体积泄漏率与声发射信号特征参数均方根(AER~：s)函数关系，利用研制的实验平台进行了阀门气体内漏检测实验，利用小波包变换方法分别对球阀和截止阀内漏过程产生的声发射

2、信号进行频谱特性分析研究，实验结果表明，经过3层小波包分解后的信号能量主要集中在12．5～75kHz。且声发射信号特征参数均方根(AEREs)能有效反映气体体积泄漏率，因此可以利用声发射技术检测阀门是否内漏并估算其泄漏率。关键词：阀门；声发射；小波包；内漏检测中图法分类号：TE8文献标志码：A国内对天然气需求不断增长促进了天然气过程便捷、检测范围广、检测精度高等优点，因此管道行业的快速发展。按照相关规划，到2015更适用于天然气管道阀门的内漏检测。年，中国天然气管道总长将达到6万km。天笔者分别以天然气管道中常用的球阀和截然气管道中，球阀是其重要组成部分，天然气管止阀为研究对象，

3、运用声发射理论和信号分析道上的球阀要求具有很好的密封性，不能存在与处理方法探讨不同阀门类型和泄漏率等工况内漏]。因此如何了解天然气管道阀门内漏特下阀门内漏声音在频域范围内和时域范围内声征并开发出相应的内漏检测技术，实时、快速、场特征，针对阀门发生内漏时其声场特征比较精确检测球阀是否发生内漏，最大程度地减少复杂，影响声发射信号的分析与处理等难点问泄漏，避免诱发重大安全事故的发生，将对天然题。采取小波包分析方法对声发射信号进行降气管道安全、经济运行具有重要意义。噪处理，表征真实管道阀门内漏声场特征参数，国外从2O世纪8O年代起就开展了阀门内为天然气输送行业管道阀门内漏检测和天然气漏声

4、场特征研究，阀门内漏检测比较困难，但是管道泄漏检测提供理论和技术支持。声发射检测技术作为一种新型的无损检测技术被证明是一种有效的检测手段_2。]。目前国内在1球阀内漏声发射检测基本理论阀门内漏声场特性研究方面刚刚起步，值得一提声发射现象是指材料中局部区域应力集的是我国学者在阀门内漏实验和仿真研究方面中，快速释放并产生瞬态弹性波的现象也取得了一定的成果，戴光等以闸阀为研究对(AcousticEmission，简称AE)。声发射信号象，以水为实验介质，对闸阀内漏过程进行了理携带着属性变性、裂纹扩展和断裂等信息传播论分析和实验研究。张颖等以Lighthill气动到物体表面，通过安装在物

5、体表面的声发射检力声学方程作为控制方程，采用有限差分法，对测仪拾取声发射信号，就可以对材料应力特征不同内漏程度和压力差下球阀气体内漏喷流声进行分析。天然气管道阀门内漏过程中产生的场进行数值模拟，由于声发射检测技术具有检测声信号严格意义上说不是声发射现象，阀门在泄漏过程中不会产生能量，而是作为声发射信收稿日期：2012-06—12号传播的媒介。然而阀门在内漏过程中由于上作者简介：张海峰(1986一)，男，硕士生，E—mailhaifengzhang1986@163．corn。下压差的影响在泄漏口处，泄漏气体会产生涡第1期张海峰等．天然气管道阀门内漏声发射信号特征研究2l流现象，涡流

6、不仅会扰动气体流动而且会产生嗍=∑h[f]+不同频率范围的应力波，该应力波携带着泄漏∑gd2。。[z](5)信息传播到阀门表面。因此阀门内漏可以称之阀门内漏过程中产生的声发射信号在时域为非严格意义上的声发射现象]。范围内呈现出一种连续变化的类型，为了在时球阀泄漏产生的声发射信号在时域上呈现域范围内了解不同泄漏率下声场特征，可以采出一种连续变化的类型，且伴随大量的环境干用声发射信号均方根(AEM)作为评价标扰噪声，可以表征球阀内漏特征的声发射信号准，例如一个声发射信号含有N个样本，常常被淹没在大量的干扰噪声当中。为了从检[0]，[1]，⋯，，z一1]均方根的方程如下：测信号中提取可

7、以表征球阀内漏特征的信息Ⅲ，小波包变换作为有效的信号处理方法已AE⋯一(1厶⋯N1n])。(6)经广泛应用于平稳信号和非平稳信号分析和处同时通过频域范围内的声发射信号参数测理中。小波变换采用二进变换的方法对每一层量也可以表征球阀内漏特征，例如功率谱密度分解后的高频段进行再分解，弥补了小波变换(PSD)、频率峰值、主频率的相位值以及能量所中高频段局部性分解差的局限。由于管道泄漏集中的主要部分¨。功率谱密度是指声发射声发射信号为一宽频信号，因此采用小波包变信号功率在频谱图上的分布情况