负压波检测技术.doc

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1、负压波检测技术一、负压波的产生当流体输送管道因机械、人为、材料失效等原因发生泄漏时，其泄漏部分立即有物质损失，由此引起故障场所的流体密度减小，压力下降。由于连续性，管道中的流体不会立即改变流速，流体在泄漏点和相邻的两边区域之间的压力差导致流体从上下游区域向泄露去填充，从而又引起与泄露区相邻的区域密度和压力的降低。这种现象依次向泄露区上下游扩散，这在水力学上称为负压波。它的传播速度就是声波在管道流体中的传播速度。沿管道传播的负压波包含有关泄露信息，由于管道的波导作用，它能够传播数十公里以上的较远距。在管道两端安装的压力传感器捕捉到包含泄露

2、信息的负压波，就可以检测出泄露。由负压波的传播速度和管道首末两端压力传感器捕捉到的负压波到达的时间差，就可以进行定位。负压波的传播速度在不同规格管线中并不相同，在原油中为1000m/s。因此，这种方法对数公里的管道可以在几秒内检出，具有极快速度的响应速度，为及时检测出泄露，防止事故扩大，减少损失赢得宝贵时间。二、负压波的强度传播规律当管道在距上游端X处发生泄漏时，该点的压力降低产生压力波动，这个压力降Dp向管道两端传播，Dp向首端的传播速度为n-u0，向末端的传播速度为n+u0。由于泄露而产生的压力波动可以参照水击压力计算方法来计算，介

3、质流速的瞬时变化引起的压力值变化为：Dp=gn(u0-u)/2g式中Dp——由于介质流速瞬时变化引起的压力差；g——介质的重度；g——重力加速度；n——负压波在该管道中的传播速度；u0——正常输送时介质的流速；u——瞬变之后的介质流速。三、负压波泄漏检测原理负压波泄漏检测的原理是：管道发生泄漏后，泄漏点产生的负压波会以波动的形式向管道上下游传播，利用安装在管道上下游的压力变送器可以检测到该负压波信号，从而判断管道是否发生泄漏。利用该负压波到达上下游的时间差，可以定位该泄露点得具体位置。负压波泄漏检测示意图如下图1。图1设t1和t2分别为

4、负压波信号从泄漏点处传输到管道上、下游压力变送站时所消耗的时间（s）；n为负压波在管内介质中的传播速度(m/s)；x为泄漏点到管道上游压变的距离(m)；L为管道上、下游压变之间的距离(m)。定位公式经推导可得：t1+t2=L/nt1-t2=Dtx=t1n式中Dt——上游、下游接收到负压波信号的时间差。经整理有：x=（L+Dt·n）/2由上式可以看出，负压波用于泄漏检测与定位的关键就在于负压波速n和时间差Dt的获取。考虑到管内介质流速对负压波传播的影响，修正定位公式，引入管内流体流速u0，有：t1=x/(n-u0)t2=(L-X)/(n+

5、u0)整理可得：X=[L(n-u0)+(n2-u02)Dt]/2n无论是对负压波波速的修正还是对定位公式的修正，其目的均是为了减小由负压波波速n和管道上下游分别捕捉到负压波到达的时间Dt定位引起的误差，以提高利用负压波进行泄漏点定位的准确性和可靠性。管线的长度通过实际测量可以得到，压力波传播的速度可以根据流体介质的特性得到，而首末两端压力下降的时间点t1和t2根据对压力波形的分析获得。因此，软件的关键是根据现场采集的数据波形进行分析，准确地找到首末两端压力下降的时间差。负压波的优点是检测速度快、定位准确、成本费用低。但它要求泄露的发生是

6、快速发生的，对微小缓慢泄露不是很有效。该方法还存在以下几个问题：一、负压波的传播速度并非常数，它与管壁的弹性、液体的压缩性、管道的摩擦系数等因素有关。二、由于噪音的影响，仅仅使用压力传感器很难精确的检测到负压波的突降点，即波的时间差的计算精度还有待提高。三、由于常输管道系统工况复杂，正常的操作，如泵的启停、阀门的调节等都会引起负压波，因此能否正确地识别出这两种情况下的负压波，对降低误报率，提高系统的诊判精度有重要意义。随着新型高精度传感器的使用和高速计算机的发展，信号检测和信号处理技术正朝着以软件和硬件相结合的方向发展，负压波法泄漏检测

7、技术具有更大的应用空间。