基于次声波法的油气管道泄漏检测与定位

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1、万方数据垫墨垡鎏!!!!!!星笙!!堂苎!塑垫罂塑星莶_I一文章编号：1000—8241(2012)03．0215—04基于次声波法的油气管道泄漏检测与定位赵会军1武伟强1王克华2=FII,兵1周宁1王树立11．常州大学江苏省油气储运技术重点实验室，江苏常州213016：2．山东胜利职业学院，山东东营257000赵会军等．基于次声波法的油气管道泄漏检测与定位．油气储运，2012，31(3)：215—218摘要：基于次声波法的管道泄漏检测与定位，是通过检测泄漏流体湍射流作用于管壁产生的次声波而进行泄漏检测与定位。对管道泄漏时检测到的低频声波信号进行分析，泄漏信号在

2、频域的特征表现在10Hz以内，因此选择0．4Hz、3．8Hz和7．2Hz的次声波特征频率作为检测特征量。当发现信号中同时存在两个特征频率功率谱及其能量顺序比率突变时，及时将异常数据及其GPS时间发送给监控主机。监控主机根据接收到的一端基站发送的异常发生时的GPS时间，结合被监控管道的长度和泄漏信号的传播速度，计算出另一端基站捕捉到异常信号的起始时间和数据长度，并向该端基站呼叫对应时间段的数据，然后联合两端数据，依据神经网络模型进行泄漏诊断。根据两端基站检测到异常信号发生的GPS时间的时间差，次声波传播速度和上、下游传感器之间的距离，可以确定泄漏点的具体位置。关键

3、词：油气管道；次声波法；泄漏检测；定位中图分类号：TE88文献标识码：ADOhCNKI：13—1093／TE．20120116．0913．00420世纪80年代以来，我国针对油气管道泄漏检测在应力波法、负压波法、压力梯度法、压力点分析法、管道实时模型法等方面开展了大量研究工作u‘1。但由于检测的复杂性，目前尚无一种简单可靠的方法用以解决管道的泄漏检测问题。基于次声波法的管道泄漏检测与定位方法是通过检测流体在泄漏时与管壁摩擦产生的低频次声波信号，对其进行补偿、滤波、相关性分析等处理，并以其特征频率的功率谱和信号能量为参数判定泄漏和泄漏点的一种方法。次声波的波长较长

4、，能绕开某些大型障碍物发生衍射，频率低，能降低传播过程中的能量损失，同时次声波的产生不依赖于流体的密度和压力等参数，故基于次声波法的泄漏检测方法可检测小流量泄漏及渗漏，气、液管道通用，可以较精确定位泄漏点，且不受管道压力变化的影响。泄漏管道次声波的产生流体输送管道的管壁一般被认为是弹性体。当管道发生泄漏时管内流体在压力作用下由泄漏点激射而出，与管壁摩擦而使管壁振动。这种振动包括横振动、纵振动和圆环振动，这3种不同形式的振动分别引起管道横波、纵波和表面波的产生。以管道的振动模型——薄壁理论来描述管道泄漏时的振动，假设管道是自由支撑的，管壁为弹性体，则可用三次方程的

5、3个根代表3个方向的振动频率¨]：△3+点2△2+志l△+正o=0(1)厄：三(1一盯2x1+盯)，4+三(1一盯)bE(z2+刀2)a一812724”2—2(4一盯2)，4722—2n6+4(1一盯2)，4+412722+，2_2]危=三(1一盯2x，2+咒2)2+三(3一仃一2盯2)，2+1(1-a)722。2+hi±(3一aX／2+722)3+2(1一a)14一(2一仃2)，2722Z—L(3+盯)724+2(1一a)12+船2]2岛=1+妻(3一盯×，2+722)+跣(，2+刀2)2+2(1-a)12+船2]6=刍式中：d为管道平均直径，cm；z为管道长

6、度，cm；h为管道壁厚，CITI；刀为管道横向振动的振动波数；盯为泊松比。该模型针对理想中空管道推导而来，具有一定的理论指导意义。对于实际管道，由于其中包含具有一定流速和压力的流体，情况相对复杂。管道包含液体——堂堂万方数据型兰!旦墨!!堂蔓!塑造型量时的圆环振动可通过下式估算，一1,／Eq17‘2nR五0而；‘i五卜警∥掣1；r一仃2’l(2)Ⅳ=筹驴筹中面(1-0．2r)qR一等等矗a式中：q为管壁法线方向平均压力，kg／cm。；y。为水的密度，kg／cm3iy为管道材料密度，kg／cms；d为依赖于K、，，的变量，d。1／n；R为管道半径，crn；，为管道

7、长度，CNI：ho为1／2管道壁厚，cm：g为重力加速度，crn／s2：E为杨氏模量，kg／cm2．77为确定的整数2，3，4，⋯⋯。由于大部分管道的实际压力较低．故式(2)中的f项可以忽略不计”o，简化为：一1ln(n2—1)岛f国1“2Ⅱ√i√：可R2Vg(1一口2)√鬲(3)s=∥—生，卢=每竺”+l∥‰可见，管道泄漏将引起管壁振动，其振动频率不仅与管内流体有关，而且与管道的压力、直径、厚度、材料等有关。对于一般油气管道而言．管道振动频率中包括次声波频谱。图1泄漏管道次声波传播方向示意图蹦擀1-v恃‘ML。㈤，一扩1一口护p(1一口2)82五21一口a2上

8、11如2。2R2002E