CN104180166A - 一种基于管道压力数据的管道泄漏检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于管道压力数据的管道泄漏检测方法。首先根据管线管径、粗糙度、介质密度以及管线中弯头等部件的局部阻力计算出每部分管道的阻力系数；然后根据初始流量计算出每部分的压降，结合初始端的压力计算出每个检测点的压力值；最后，将理论值与实测值进行对比分析，从而得出该管线的泄漏状况并定位泄漏点的位置。本发明充分考虑了整个管道中管径、粗糙度和各种部件局部阻力等反应管道具体状况的因素，可以有效的判断现有管线是否存在泄漏，预测精度较高。

Description

一种基于管道压力数据的管道泄漏检测方法

技术领域

本发明涉及一种管道泄漏检测方法，尤其涉及一种基于管道压力数据的管道泄漏检测方法。

背景技术

防止管道生产事故的发生是管道安全管理中的一项很重要的工作。随着世界各国管道建设的快速发展，管道事故也频繁发生，管道泄漏事故一旦发生，不仅造成大量财产损失，泄漏的有毒化学物质还会带来环境污染和资源的浪费，更为严重的是能带来人身伤亡事故。

为了能有效的预防管道事故，管道泄漏检测技术迅速发展起来，为此，国内外也进行了大量的研究。近年来，随着计算机技术的发展，管道泄漏检测技术正向软硬件结合的方向发展，目前，各种新的管道泄漏检测方法仍是各国的前沿研究方向。

目前，根据管道压力数据进行管道泄漏检测的方法大体上分为两类：基于负压波的检测方法和对压力信号进行特征提取的方法。基于负压波检测方法关键是确定压力信号的拐点和负压波通过上下游测量点的时刻；压力信号特征提取的方法大多是对某一点的压力随时间变化的数据进行分析。但是，这两种方法都没有对整个管线的压力进行建模分析，这就导致管道泄漏检测的结果会具有一定的偏差，如果能对整个管线不同位置处的压力状况进行分析，检测准确率将会有很大提高。

由于获取整个管道全部管段压力数据比较困难，特别是在管道无法靠近的管段几乎无法获取到压力数据，在缺少全管段压力数据的情况下，现有的根据压力数据进行管道泄漏检测的方法都是根据极少的压力采样点进行推算，这就导致检测效果不是十分理想。近年来，随着检测技术的发展，出现了一些获取到整个管道压力数据的方法，但基于全管段压力数据进行泄漏检测的方法却未见提出，因此，现在迫切需要一种能够根据全管段的压力数据进行泄漏检测的方法。

针对现有的管道泄漏检测技术中的问题，本发明提供一种新的基于管道全管段压力数据的泄漏检测方法。本发明提供的方法以具体管道中全管段的压力数据为基础，充分考虑具体管线的实际情况，具有较高的预测精度，能有效地判断管线泄漏状况，并准确的定位管道泄漏位置，使工作人员有针对性的对管道进行维护和修理，防止泄漏事故的再次发生，保障管道的安全运行，从而确保人民群众的财产和生命安全。

发明内容

基于全管段压力数据进行泄漏检测需要考虑具体的管线状况，不能只是简单的根据出入口的压力和流量等一些参数进行简单的建模计算，需要考虑管线中弯头、阀门等部件局部阻力。

管道内流体的压力取决于管道入口压力、管道内流体流速以及管道直径与内壁面的粗糙程度。因此，要想对管道整个管线的压力进行建模分析，首先需要计算管道内流体的压降，管道内流体的压降与流量的关系可用公式1表示：

ΔH＝S*G²    (公式1)

式中G-管道内流体的流量；ΔH-压力降；S-管道阻力系数。

管道阻力系数计算如公式2：

$S=6.88\×{10}^{-9}\frac{K^{0.25}}{D^{5.25}}(l+l_d)\mathrm{\ρ}$ (公式2)

公式2中，S为该管段的阻力系数，单位Pa/(m³h^-1)²；K为管道内壁的当量绝对粗糙度，单位m；D为管道内径，单位m；ρ为管道内介质的密度，单位kg/m³；l为该段管线中管道长度，单位m；l_d为该段管线中弯头、阀门等部件局部阻力引起的当量长度，单位m，由公式3计算。

$l_d=9.1\frac{D^{1.25}}{K^{0.25}}\·\mathrm{\Σ\ξ}$ (公式3)

D、K意义及单位同前；Σξ为该管段中除管道外所有部件局部阻力系数之和，无单位，数值由手工查表得到。

由上述公式可以看出：给定管道的管径、管道入口处的流量和管道粗糙度等参数，即可获得距离管道初始端l处的压力值，按照一定的距离间隔分别求出不同位置处的压力值，记为(x₁，x₂......x_n),然后利用压力采集球或管道上压力传感器对管道压力数据进行采集，按照上述计算的位置获取到整个管道的压力数据，记为(x′₁，x′₂......x′_n)，利用公式4计算误差：

$X_{\mathrm{avr}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-x_i^{\′})}^2$ (公式4)

将计算出的误差与给定允许的误差范围比较，若大于给定的误差范围则认为是管道出现泄漏，逐个比较各个检测点的实际压力与计算压力，泄漏位置为出现突变的点附近。

本发明的有益效果是，可以有效的判断现有管线是否存在泄漏，操作简便、预测精度较高，克服了传统的管道泄漏检测方式操作复杂、预测效果不理想等缺陷。

附图说明

图1是本发明的算法框图；

图2是某一模拟的具体管道；

图3是正常工况和泄漏工况下对比曲线图

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施方式。

整个算法的流程如图1所示，假设图2是一个具体管道，管径、管道入口处的流量、压力和管道内壁粗糙度等条件已知，假设管道总长度为4x米,将整个管道按x米划分为4个部分,每个部分阻力相同，管线中弯头、阀门等部件忽略不计，利用公式计算每一部分的阻力系数，然后根据ΔH＝S*G²计算每一部分的压降，最后根据管道初始处的压力值计算各个点的压力值，计算出的压力值作为管道压力理论值。

在整个管道上安装压力传感器或利用压力采集球等其他设备每隔x米测一次压力，得出真个管道实际压力值。

利用计算各个检测点处的理论值与实际值的误差，与设定的误差进行比较，如有泄漏，计算出的误差值会大于设定的误差值，将实际压力值和理论压力值绘制曲线图，如图3所示，发现在第二个点和第三个点处压力值较为异常，因此可以断定该管线存在泄漏，且泄漏点在距离起始端x米-2x米之间位置处。

Claims (1)

1.一种基于管道压力数据的管道泄漏检测方法其特征在于，包括以下步骤：

A.根据公式1计算管道阻力系数：

$S=6.88\×{10}^{-9}\frac{K^{0.25}}{D^{5.25}}(l+l_d)\mathrm{\ρ}$ (公式1)

公式1中，S为该管段的阻力系数，单位Pa/(m³h^-1)²；K为管道内壁的当量绝对粗糙度，单位m；D为管道内径，单位m；ρ为管道内介质的密度，单位kg/m³；l为该段管线中管道长度，单位m；l_d为该段管线中弯头、阀门等部件局部阻力引起的当量长度，单位m，由公式2计算:

$l_d=9.1\frac{D^{1.25}}{K^{0.25}}\·\mathrm{\Σ\ξ}$ (公式2)

D、K意义及单位同前；Σξ为该管段中除管道外所有部件局部阻力系数之和，无单位，数值由手工查表得到；

B.根据公式3计算每部分管道内流体的压降：

ΔH＝S*G²    (公式3)

式中G-管道内流体的流量；ΔH-压力降；S-管道阻力系数；

C.按照一定的距离间隔x米分别计算出不同位置处的压力值，记为(x₁，x₂......x_n)；

D.利用已有的全管段压力数据采集方法对管道全管段压力数据进行采集，按照给定的距离间隔x米获取到整个管道的压力数据，记为(x′₁，x′₂......x′_n)；

E.利用公式4计算全管段压力理论值与实测值之间的的误差：

$X_{\mathrm{avr}}=\frac{1}{n}\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-x_i^{\′})}^2$ (公式4)

F.将计算出的误差与给定允许的误差范围比较，若大于给定的误差范围则认为是管道出现泄漏；

G.当管道出现泄漏时，绘制全管段理论压力与实测压力曲线，逐个比较各个检测点的实际压力与计算压力，泄漏位置为出现突变的点附近。