隨著輸氣管線的跨越距離越來越長(zhǎng)，沿途所經(jīng)過的地形多變，相當(dāng)大的一部分地區(qū)很難實(shí)現(xiàn)人工巡檢。同時(shí)由于管線的腐蝕、老化及其他自然或人為損壞等原因，導(dǎo)致管線的泄漏時(shí)有發(fā)生。因此，及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)管道泄漏位置成為輸油公司的重要工作之一。
負(fù)壓波檢漏技術(shù)的基本原理
管道泄漏的檢測(cè)方法主要可分為以下三類：一是基于模型的泄漏檢測(cè)法。這種方法需要建立復(fù)雜的管道運(yùn)行數(shù)學(xué)模型，模型建立的準(zhǔn)確程度將極大地影響泄漏檢測(cè)和定位的精度。二是基于信號(hào)的泄漏檢測(cè)法。基于信號(hào)的檢漏方法是建立在目前管道均采用的SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的，由于SCADA系統(tǒng)可準(zhǔn)確的采集管道沿線的運(yùn)行參數(shù)，所以這種檢漏方法具有極高的精度和良好的發(fā)展前景。負(fù)壓波檢漏技術(shù)正是一種基于SCADA系統(tǒng)信號(hào)的泄漏檢測(cè)法。三是基于知識(shí)的泄漏檢測(cè)法。這種檢測(cè)方法還處于初步探索階段，很多檢測(cè)的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。
如果管道的某個(gè)位置發(fā)生了氣體的泄漏，便會(huì)在管道的內(nèi)外形成一定的壓差，管道內(nèi)部流體會(huì)迅速流出，在泄漏點(diǎn)位置引起壓力突降。泄漏點(diǎn)周圍的氣體在壓差的作用下會(huì)向泄漏點(diǎn)流動(dòng)，形成一個(gè)以泄漏點(diǎn)為中心的壓力波動(dòng)，即負(fù)壓波。負(fù)壓波以一定的速度向泄漏點(diǎn)的兩端傳播，我們利用安裝在管道兩端的壓力傳感器就可以檢測(cè)到壓力波動(dòng)的信號(hào)，并根據(jù)兩端傳感器接收到負(fù)壓波的時(shí)間差就可以找到泄漏點(diǎn)的位置，其基本的原理圖如下：
假定 、 為負(fù)壓波傳播到上下游傳感器的時(shí)間，α為負(fù)壓波在氣體中的傳播速度， 為首末端傳感器接收到負(fù)壓波的時(shí)間差，那么泄露點(diǎn)的定位公式可表達(dá)為：
由泄露點(diǎn)位置計(jì)算式可以看出，要準(zhǔn)確的找到泄漏點(diǎn)，關(guān)鍵在于確定負(fù)壓波到達(dá)傳感器兩端的時(shí)間和對(duì)負(fù)壓波傳播時(shí)間的精確計(jì)算。
負(fù)壓波檢漏技術(shù)
存在的主要問題
一是負(fù)壓波撿漏技術(shù)通常將負(fù)壓波在輸氣管道中的傳播速度確定為一個(gè)常值，即認(rèn)為負(fù)壓波在輸氣管道中的傳播速度一般為聲波在輸送氣體介質(zhì)中的傳播速度，而實(shí)際運(yùn)行的管線中該傳播速度與氣體介質(zhì)的密度、壓力、比熱和管道的材質(zhì)及傳輸介質(zhì)的流速等均有關(guān)系，不是一個(gè)確定的值。因此，利用式(1)進(jìn)行定位必然會(huì)帶來較大的定位誤差。
二是由于管線運(yùn)行的環(huán)境不可避免的存在一些干擾，如電磁干擾、泵的震動(dòng)、工況變化等因素。因此，由傳感器采集到的壓力信號(hào)附有大量的噪聲，這使得精確識(shí)別壓力突降點(diǎn)變的非常困難。而壓力突降點(diǎn)的準(zhǔn)確識(shí)別一方面決定了泄漏檢測(cè)的靈敏度和可靠性，另一方面決定了 的精度，從而影響到定位的精度。因此，要做到對(duì)泄漏點(diǎn)的準(zhǔn)確檢測(cè)與定位，必須解決以上所存在的問題。
負(fù)壓波撿漏技術(shù)的優(yōu)化
負(fù)壓波在天然氣管道中的傳播速度，傳統(tǒng)上認(rèn)為是聲波在介質(zhì)中的傳播速度，為一定值。實(shí)際中由于系統(tǒng)狀態(tài)、工況等情況隨時(shí)在發(fā)生變化，使得負(fù)壓波的傳播速度絕非一成不變，因此采用此值進(jìn)行定位必然會(huì)帶來較大的定位誤差。
突降點(diǎn)的捕捉
小波消噪 由于在管道運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)會(huì)存在電磁干擾、泵的震動(dòng)等影響檢測(cè)靈敏性的因素，傳感器獲得的聲信號(hào)含有大量的噪聲，因此，如何在繁復(fù)的聲信號(hào)中準(zhǔn)確的找到標(biāo)識(shí)壓力突降點(diǎn)的信號(hào)，是負(fù)壓波撿漏技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。為了很好的解決這個(gè)問題，大多數(shù)撿漏采用小波變換技術(shù)，該技術(shù)具有極其良好的消噪能力和時(shí)頻局域特性，可以很好的對(duì)附加有其它噪聲信號(hào)的負(fù)壓波信號(hào)進(jìn)行消噪處理和奇異點(diǎn)的識(shí)別。在傳感器獲得的信號(hào)中，有用的負(fù)壓波等信號(hào)通常表現(xiàn)為一些變化比較平穩(wěn)的信號(hào)或者低頻信號(hào)，而噪聲信號(hào)則通常表現(xiàn)為高頻信號(hào)。
小波變換技術(shù)的基本消噪原理是：可對(duì)傳感器獲取的復(fù)合信號(hào)進(jìn)行逐層的小波分解，將高頻區(qū)域的噪聲信號(hào)逐漸消除，在以門限閥值等形式對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行處理，最后對(duì)所得到的信號(hào)記性重構(gòu)，從而得到了去除了噪聲的有用信號(hào)。小波變換技術(shù)最關(guān)鍵的一環(huán)就是如何選取閥值和對(duì)閥值進(jìn)行量化處理，得到顯示壓力突降的負(fù)壓波信號(hào)，它直接關(guān)系到信號(hào)處理的質(zhì)量。
從小波降噪處理的方法上說，一般有以下三種處理方法：強(qiáng)制降噪處理、默認(rèn)閾值降噪處理及給定軟(或硬)閾值降噪處理。
壓力突降點(diǎn)的捕捉 小波變換由于在時(shí)域和頻域內(nèi)同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)，可聚焦到對(duì)象的任何細(xì)節(jié)，而被稱為數(shù)學(xué)分析的“顯微鏡”。利用連續(xù)小波變換的時(shí)間2尺度特性，可以有效地檢測(cè)信號(hào)的奇異性。其原理是：引用數(shù)學(xué)上表征函數(shù)局部特征的李氏指數(shù)(Lipschitz指數(shù))作為一種度量，當(dāng)信號(hào)在奇異點(diǎn)附近的 Lips2chitz 指數(shù)α>0時(shí)，其連續(xù)小波變換的模極大值隨尺度增大而增大;當(dāng)α<0時(shí)，則隨尺度的增大而減小。噪聲對(duì)應(yīng)的Lipschitz指數(shù)遠(yuǎn)小于0，而信號(hào)邊沿對(duì)應(yīng)的Lipschitz指數(shù)大于或等于0，因此利用小波變換可以區(qū)分噪聲和信號(hào)邊沿，有效地檢測(cè)出強(qiáng)噪聲背景下的信號(hào)邊沿。
采用以上介紹的檢漏優(yōu)化算法對(duì)某輸氣管道的漏點(diǎn)進(jìn)行了仿真計(jì)算，管道數(shù)據(jù)如下：管道全長(zhǎng)170km，管道直徑650×8.8，首端壓力9MPa，溫度為 50℃，末端壓力為5.6MPa，溫度為30℃，假定管道在30.5km、100.7km、150.2km處發(fā)生泄漏，具體地仿真結(jié)果如表1。由仿真結(jié)果可見，與原始算法相比，優(yōu)化的算法明顯地提高了漏點(diǎn)定位的精度。
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