基于声波的天然气管道泄漏检测与定位.pdf

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1、第3期高炳坤等．基于声波的天然气管道泄漏检测与定位基于声波的天然气管道泄漏检测与定位高炳坤贾莹(东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆163318)摘要对基于声波的天然气泄漏检测定位进行了研究，介绍了基于声波法的天然气泄漏检测的实验设计方案与定位原理。利用EMD可以将分解得到的前几个包含主要信息的IMF处理后重新构造，而对于后几个IMF如果干扰的成分比较突出，可以直接将其滤除，进而进行定位以减少定位误差。并通过实验验证，所有结果均在指标要求的范围之内，且效果良好。关键词泄漏检测天然气管道经验模态分解固有模态函数中图分类号TH87文献标识码A文章编号1000．

2、3932(2013)03-0305-04管道运输已成为现代社会和经济发展的命脉，但随着管线的越来越多、管龄的越来越长，由工程施工破坏、管道自然腐蚀及人为破坏等造成的管道泄漏事故频频发生，给人们的生命、财产和生存环境造成了巨大的威胁。目前天然气管道泄漏检测方法有很多，主要有应用统计法、瞬态模型法、红外热成像法、分布式光纤法及声波法等¨。。但是应用统计法存在许多尚未解决的问题，方法并不成熟；分布式光纤法实现效果很好，但安装成本和施工维护费用太高，并且不适用于国内管网状况；声波法的安装费用较高，而维护费用很低，尤其是若能实现国产化，其安装成本也会大大降低，因此声波法

3、的综合评价效果较好。声波法的原理为当输气管道的某一点发生破裂，管内气体会从破裂点向外流出，因而使管道内气体的流动参数发生变化，导致泄漏点处的气体密度逐渐减小时，压力逐渐降低，泄漏点两边相邻区域的气体在压差的作用下向泄漏点处补充，这种过程逐渐向管道上、下游传播，从而形成声波在管道内传播旧1。安装在管道两端的声波传感器采集上、下游传来的声波信号，通过对声波信号在上位机运用合适的算法进行处理，使特征信号更加明显，继而判断管道是否发生泄漏。由于泄漏产生的低频特征信号不仅可以在管道内远距离传播，且和其他工况扰动所产生的信号具有不同的信号特征，因而基于天然气管道内的声波泄

4、漏检测方法在天然气长输管道的泄漏检测方面具有很好的应用前景。笔者基于声波的管道泄漏检测与定位，开发了实验系统，利用现场数据进行了初步的验证。1天然气管道泄漏检测实验系统声波天然气管道泄漏检测系统主要由3部分组成：a．现场数据采集处理系统。在管道首站和末站分别安装声波传感器，当泄漏发生时，对管道工况运行状态下的背景噪声和发生泄漏时的突发声波信号进行实时监测，并将采集到的声波进行处理后传给中心处理系统。GPRS通信系统实现数据的同步传输。b．中心数据处理系统。这是检测系统的中央数据处理中心，利用DSP将采集声波传感器上传的信号，进行前期信号处理。c．控制主机。由P

5、c服务器组成，经DSP处理的声波信号上传上位机软件用于实时报警与定位。图1为声波法实验方案设计图。具体方案设计如下：a．研制声波信号采集系统，在管道首、末站分别安装一台声波传感器，直接与DSP数据处理模块相连，对管道工况运行状态下的背景噪声和发生泄漏时的突发声波信号进行实时监测；b．研制基于DSP的数据处理模块，在首站与末站各安装一套DSP信号处理器，负责信号的采集和实时处理；收稿日期：2012·12-29(修改稿)基金项目：黑龙江省研究生创新科研项目(YJSCX2011-099HLJ)化工自动化及仪表第40卷图1声波法实验方案设计c．按通信协议完成上位机、下

6、位机之间的高2．2经验模态分解(EMD)精度声波信号数据传输，GPS授时模块负责首末经验模态分解(EMD)算法基本思想是H1：利两站时间同步；用时间序列上下包络的平均值确定“瞬时平稳位d．改进上位机软件“天然气管道泄漏监测置”，进而提取IMF。假设任何采集到的声波信号系统”，对实时采集的声波信号进行算法处理，使都由不同的本征模态函数(IMF)组成，每个IMF泄漏信号的特征更加明显，提高报警率，降低误报是线性的或是非线性的，IMF分量必须满足下面率，改进定位精度。两个条件¨1：一是其极值点个数和过零点数相同2天然气管道泄漏检测与定位或最多相差一个；二是其上下包络

7、关于时间轴局2．1天然气管道泄漏定位原理部对称。这样任何一个信号就都可以分解为有限当管道发生泄漏时，在管道首、末两端的声波个IMF之和。具体方法由一个“筛选”过程完传感器检测到两个声波泄漏的尖峰信号时，意味成p川：着泄漏声波信号到达了管道首末两端。采用时差a．首先确定信号s(t)的局部极大值点和极线定位方法对管道泄漏点进行定位旧1，定位原理小值点。如图2所示14]。b．对局部极大值点和极小值点用三次样条传感器A。。，～f0感器B函数差值形成上包络和下包络“o(t)、口o(t)，记-∑匕_上、下包络的均值曲线为m。(t)，即m。(t)=输气管道掣．f图2定位原理

8、图中P为泄漏点，A、B为声波传感器，D