CN105020591A - 一种城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，结合城市燃气管道铺设现状，设计声发射传感器的布置方案，改进设置相应的输入参数，建立了城市燃气管道泄漏检测定位系统，采用声发射技术，基于互相关理论及其定量计算结果客观性和可信度高的特点，对采集信号进行处理，达到有效发现埋地管道泄漏点并进行定位。针对城市燃气管道特点，即城市燃气管道多环形布置，管网节点多，节点处通常是检查井、集水井或调压井，且两个相邻检查井之间的距离较短，有的只有几米或几十米，充分利用这些现有条件，简化和方便了其在实际工程中的运用。

Description

一种城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法

技术领域

本发明涉及油气储运风险控制领域，特别涉及一种城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法。

背景技术

燃气管网作为城市必不可少的基础设施之一，近年来在很多城市有了飞速的发展,对净化城市空气环境、提高人民生活水平做出了很大的贡献。然而自从管道运输在工业中应用开始，管道泄漏一直是管道运输中的一个难题。尤其随着城市燃气管网管龄的不断增长，再加上施工缺陷和腐蚀，以及人为的破坏，燃气管道泄漏常常发生。由于城市燃气易燃、易爆和有毒的特性,其一旦发生泄漏,极易造成中毒、火灾、爆炸等恶性事故,造成人员及财产损失。目前，我国大多数城市的燃气管道建设于上世纪80年代改革开放初期，运行已近20年。根据建设部相关规定，管道使用20年后已进人老龄期，管道损坏泄漏隐患倍增。如果及时检测出泄漏，并且能成功定位，就能极大的减少泄漏造成的危害。

城市燃气管网是直接面对燃气用户的，担负着城市生产、生活用气正常运转，一般情况下管道运输不能停止或被关闭。同时城市燃气管道多为中低管道(压力范围多为0.01MPa<p≤0.2MPa)，管径相对较小，多呈环形布置，管网节点多；城市的人工障碍物多，燃气管网还可能存在不同程度的冗余，增加了泄漏检测的难度；城市燃气的需求是月、日、时而变化，各种调压器，调压站在随着用气需求而进行动作以及燃气调度，造成整个管网各项参数的随时变化；城市燃气管道地面大多为沥青、水泥混凝土路面，因城市交通、环境等因素制约，一般不允许随便开挖检测。这些特点都大大增加了城市燃气管道泄漏检测的难度。

目前对城市燃气管道的安全检查主要以人工地面巡检的方式进行，这种地面巡检方式对管道小泄漏或缓慢泄漏难以发现，泄漏检测与定位的实时性与准确性也难以得到保证。这就要求利用现代管道管理系统，发展基于现代检测和分析方法的管道泄漏检测技术，在保证城市燃气管道不停止运输、且不被开挖的情况下，实现在线实时检测，发现泄漏并准确地进行泄漏点定位，以及时采取措施，从而达到预防和降低损失的目的，减少巡线人力物力的浪费。这对提高城市燃气管网管线风险管理水平，减少企业的经济损失有重大意义。

人工巡检法、便携式仪器仪表、管内检测器等燃气管道检测方法或实时性差，或不能连续检测，或投资费用高，或影响物料正常运输等，自身均存在较大的缺陷。而常规无损检测(如超声检测爬机、漏磁检测爬机等)技术虽较为成熟，检测精度较高，但这些检测技术有着致命的弱点：检测过程为逐点扫描式，被检测设备必须停产，检测效率低，难以有效地检测成千上万公里的工业管道。

声发射(Acoustic Emission简称AE)技术是一种动态无损检测方法，可获取连续信号，不需要设备停产或缩短停产时间，并可以实现对在役管道的长距离、大范围检测，检测效率很高。因此，管道声发射缺陷检测及相关课题的研究成为国内外无损检测领域的一个热点。

20世纪90年代，美国PAC公司、DW公司、德国Vallen Systeme公司和中国广州声华公司先后开发了计算机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字化多通道声发射检测分析系统，除能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。

希腊Athanasios Anastasopoulos等成功进行了埋地管道的泄漏检测和定位，但其实行测试的一个重要条件是被测管道必须是独立的，即被测管段两端被关闭，且该管段增压至少应该是4至9标准大气压。检测中，传感器在管道上的布置点均被挖掘出一个小坑，使该布置点暴露空气中。

霍臻利用声发射技术对管道泄漏进行检测，实验证明应用泄漏声发射信号检测气体和液体的泄漏是可行的，并有较高的灵敏度，但存在的问题是难于准确确定泄漏源的位置以及检测灵敏度受噪声影响等。

清华大学王海生等利用负压波方法，采用先进的基于小波算法对输油管线进行泄漏检测和定位的技术，在胜利油田“孤岛—永安”和“孤岛—集贤”管线上得到了应用，并取得了良好的效果。

尽管对埋地管道泄漏检测方面已有很多研究，但对于城市燃气管道不开挖、不停止运行情况下的研究测试还没有明确提出。而城市燃气管网遍布大街小巷，既要保证24小时生产、生活用气，又要考虑为保证城市交通、市容等限制开挖管道检查等因素，在城市埋地管道不停止运行、不被开挖的情况下的泄漏检测方法及其应用是一个非常有实用价值的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有泄漏检测技术的不足，本发明提供一种城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，在城市燃气管道不停运、开挖检查被限制情况下运用声发射技术对低压力燃气管道泄漏发现作了很好的探索和尝试，得到较好的定位结果，既节约了经济成本，又较早捕捉到了城市燃气管网小泄漏隐患，为今后实际工程应用提供了较为成功的范例。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，包括以下步骤：

(1)保持被测管道正常运行，即被测管道不停止运行，不被开挖情况下，采用两个声发射传感器检测声波信号，将两个声发射传感器固定在被测管道上且分别布置的被测管道的两端，连接好声发射传感器的信号传输线缆；

(2)设置检测参数：

①门槛电平值的设置：先进行地面环境背景噪声(BN)的测定，对于地面上架设的管道，其门槛电平值根据测得的地面环境背景噪声设定为(BN+6dB)～(BN+10dB)；对于地下埋设管道，先将门槛电平值设置为测得的地面环境背景噪声，由声发射传感器采集信号，若没有发现任何信号，则以1～2dB为单位逐次降低门槛电平值，当声发射传感器采集到信号时，此时的门槛电平值接近最终设置的门槛电平值，继续降低门槛电平值2～4dB，此时的门槛电平值为最终设置的门槛电平值。为了剔除背景噪声，设置适当的阈值电压，称为门槛电压。低于所设阈值的电压噪声被剔除，高于这个阈值电压的信号则通过。门槛电压一般以门槛电平值(dB)表示。

②定时参数的设置：确定峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)和撞击闭锁时间(HLT)；声发射泄漏检测技术是通过采用声发射传感器以捕捉管道内因泄漏产生的声波信号。声发射传感器具有较好的动态响应特性，其频率响应可在0.05～100kHz。根据声发射检测技术原理，定时参数应根据检测对象的衰减情况来确定。

③模拟滤波器的设置：步骤(1)中的声发射传感器为0～100kHz的低频声发射传感器，模拟滤波器的工作频率为20～100kHz；

④根据两个声发射传感器之间的间距设置事件定义值、闭锁值以及过定位值：事件定义值取两个声发射传感器之间的最大距离，闭锁值设置为事件定义值的2倍，过定位值设置为事件定义值的10％；

(3)结合声发射检测原理和互相关分析法对泄漏点进行定位分析，得出泄漏点的位置。

一般地，城市燃气管道为无缝钢管，其门槛电平值不低于22dB。

将声发射传感器布置在管道检查井或集水井部位的被测管道上。

所述声发射传感器通过胶带或磁夹具固定在被测管道上。

峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)和撞击闭锁时间(HLT)分别设置为：1000μs、2000μs、和20000μs。

步骤(3)中，声发射检测原理为，设步骤(1)中的两个声发射传感器分别为1号传感器和2号传感器，泄漏发生后，泄漏点到1号传感器的距离可以通过公式(1)计算：

$x=\frac{L-\mathrm{v\&Delta;t}}{2}---\left(1\right)$

式(1)中：x为泄漏点到1号传感器的距离；L为两传感器之间的距离；v为声波在被测管道中的传播速度；Δt为信号传播到1号传感器和2号传感器的时间差；

根据式(1)得出的x的值即可进行泄漏定位。

步骤(3)中，互相关分析法为，假设泄漏信号先传播到1号传感器，间隔一定时间后再传播到2号传感器，由于信号在短时内是稳态的，因此认为传播到1号传感器和2号传感器的泄漏信号存在相似性，只是2号传感器检测到的泄漏信号在时间上迟后于1号传感器检测到的泄漏信号；

任意一个声波信号x₁(t)和一个延迟时间为τ的声波信号x₂(t+τ)在时间T内的互相关函数为：

$R_{x_1{x}_2}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{x}_1\left(t\right)x_2(t+\mathrm{\&tau;})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

管道实际运行中，实时采集到的声波信号为离散值x₁(k)和x₂(k)，其离散形式：

$R_{x_1{x}_2}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\underset{N\&RightArrow;\&infin;}{\lim }\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_1\left(k\right)x_2(k+\mathrm{\&tau;})---\left(3\right)$

其中N为采样数据长度；L为管长，v为波速，如果发生泄漏，且当τ＝τ₀时，将达到最大值，即

$R_{x_1{x}_2}\left({\mathrm{\&tau;}}_0\right)=\max R_{x_1{x}_2}\left(\mathrm{\&tau;}\right)---\left(4\right)$

则，泄漏点的位置为： $X_L=\frac{L-{\mathrm{v\&tau;}}_0}{2}---\left(5\right).$

本发明的有益效果是，本发明的一种城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，结合城市燃气管道铺设现状，设计声发射传感器的布置方案，改进设置相应的信号采集设置参数，建立了城市燃气管道泄漏检测定位系统，采用声发射技术，基于互相关理论及其定量计算结果客观性和可信度高的特点，对采集信号进行处理，达到有效发现埋地管道泄漏点并进行定位。针对城市燃气管道特点，即城市燃气管道多环形布置，管网节点多，节点处通常是检查井、集水井或调压井，且两个相邻检查井之间的距离较短，有的只有几米或几十米，充分利用这些现有条件，简化和方便了其在实际工程中的运用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的实验管道示意图。

图2是声发射传感器衰减曲线图。

图3是阀门开度为15度角时各传感器的频谱图。

图4是阀门开度为90度角时各传感器的频谱图。

图5是燃气管道现场泄漏检测各传感器的频谱图。

图6是泄漏量为管道流量1.2％的定位图。

图7是互相关系数图。

图8是管段1的相关信息图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，包括以下步骤：

(1)保持被测管道正常运行，即被测管道不停止运行，不被开挖情况下，采用两个声发射传感器检测声波信号，将两个声发射传感器固定在管道检查井或集水井部位的被测管道上且分别布置的被测管道的两端，声发射传感器用胶带或磁夹具固定，连接好声发射传感器的信号传输线缆；

(2)设置检测参数：

①门槛电平值的设置：先进行地面环境背景噪声(BN)的测定，对于地面上架设的管道，其门槛电平值根据测得的地面环境背景噪声设定为(BN+6dB)～(BN+10dB)；对于地下埋设管道，先将门槛电平值设置为测得的地面环境背景噪声，由声发射传感器采集信号，若没有发现任何信号，则以1～2dB为单位逐次降低门槛电平值，当声发射传感器采集到信号时，此时的门槛电平值接近最终设置的门槛电平值，继续以1dB为单位再降低门槛电平值2～4dB，此时，由定位图(RMS(有效值电压)对X位置图，或ASL(平均信号电平)对X位置图)能够发现较为明显的定位信号，此时的门槛电平值为最终设置的门槛电平值，对于无缝钢管，门槛电平值设置一般不低于22dB。

②定时参数的设置：峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)和撞击闭锁时间(HLT)分别设置为：1000μs、2000μs、和20000μs。

③模拟滤波器的设置：步骤(1)中的声发射传感器为0～100kHz的低频声发射传感器，模拟滤波器的工作频率为20～100kHz；

④根据两个声发射传感器之间的间距设置事件定义值、闭锁值以及过定位值：事件定义值取两个声发射传感器之间的最大距离，闭锁值设置为事件定义值的2倍，过定位值设置为事件定义值的10％；

(3)结合声发射检测原理和互相关分析法对泄漏点进行定位分析，得出泄漏点的位置。

声发射检测原理为，设步骤(1)中的两个声发射传感器分别为1号传感器和2号传感器，泄漏发生后，泄漏点到1号传感器的距离可以通过公式(1)计算：

$x=\frac{L-\mathrm{v\&Delta;t}}{2}---\left(1\right)$

式(1)中：x为泄漏点到1号传感器的距离；L为两传感器之间的距离；v为声波在被测管道中的传播速度；Δt为信号传播到1号传感器和2号传感器的时间差；

根据式(1)得出的x的值即可进行泄漏定位。

根据式(1)得出泄漏检测数据即可进行泄漏定位。现代声发射仪的时差测量是基于两个传感器的到达时间为基础，目前采样时间可以精确到250纳秒以上，因此，对时差的测量不会产生大的影响。但由于触发电频设置的不同，可能引起几微秒甚至几十微妙的误差，最终影响定位的准确性，产生较大误差。

为了提高定位精度，通常用信号处理的方法提高确定Δt的准确性，而互相关分析法是泄漏定位中应用最广泛的一种信号处理方法。

信号的相关实际上是比较两信号波形的相似性。互相关分析法为，假设泄漏信号先传播到1号传感器，间隔一定时间后再传播到2号传感器，由于信号在短时内是稳态的，因此认为传播到1号传感器和2号传感器的泄漏信号存在相似性，只是2号传感器检测到的泄漏信号在时间上迟后于1号传感器检测到的泄漏信号；

任意一个声波信号x₁(t)和一个延迟时间为τ的声波信号x₂(t+τ)在时间T内的互相关函数为：

$R_{x_1{x}_2}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{x}_1\left(t\right)x_2(t+\mathrm{\&tau;})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

管道实际运行中，实时采集到的声波信号为离散值x₁(k)和x₂(k)，其离散形式：

$R_{x_1{x}_2}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\underset{N\&RightArrow;\&infin;}{\lim }\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_1\left(k\right)x_2(k+\mathrm{\&tau;})---\left(3\right)$

其中N为采样数据长度；L为管长，v为波速，如果发生泄漏，且当τ＝τ₀时，将达到最大值，即

$R_{x_1{x}_2}\left({\mathrm{\&tau;}}_0\right)=\max R_{x_1{x}_2}\left(\mathrm{\&tau;}\right)---\left(4\right)$

则，泄漏点的位置为： $X_L=\frac{L-{\mathrm{v\&tau;}}_0}{2}---\left(5\right).$

关于步骤(2)中的门槛电平值的设置：

现普遍认为，各声波传感器的通道的门槛电平应该比最高噪声电平高6dB以上，并尽可能保持一致，个别需要调整时，其差别不大于±3dB。门槛电平水平应根据背景噪声水平确定。参考GB/T18182-2012标准，在开始检测前先进行背景噪声的测定，然后再背景噪声的水平上再加上5～10dB作为仪器的门槛电平值。目前，在压力容器的失效检测中，门槛值一般设为35～55dB，最常用的门槛值为40dB，在许多压力容器故障声发射检测案例中，门槛值多设为40dB。

本发明另辟蹊径，发现埋地管道泄漏声发射检测的门槛电平值不能按照GB/T18182-2012压力容器的声发射检测标准来设置，而将地下埋设管道的门槛电平值设置为低于地面环境背景噪声，且获得了更好的检测效果，效果证明如下：

首先通过实验室模拟试验，修改门槛电平值。如图1所示，该段实验管道长5700mm，介质为空气，1号传感器和2号传感器位置分别为(500,0)和(5000,0)，单位为mm。实验环境为日常实验室环境，波形采样率设为1Msps(每秒采样百万次),预触发设置256.00，采样长度设为2K。设置了1号传感器和2号传感器收到的计数对通道对能量图、波形图(电压对时间)、频谱图(电源对频率)、计数对通道图、信号强度对通道图等反映检测信号的图形，其中，至少采用计数对通道对能量图、波形图(电压对时间)、频谱图(电源对频率)、计数对通道图、信号强度对通道图这5个反映检测信号的图形，当这5个图形中任何一个显示有信号，此时的门槛电平值即为地面环境背景噪声，对于地下埋设的管道，此时的门槛电平值接近其最终设置的门槛电平值。声发射传感器灵敏度校准、模拟源衰减测量后，先测地面环境背景噪声，两个声发射传感器门槛电平值设置相同，门槛电平值从45dB开始，以2dB递减，一直降到25dB，采集时间均为1分钟，得到同样的结果：撞击数均为0，即没有检测到任何信号。当门槛值为24dB时，开始检测到背景信号，但此时只有1号传感器的通道有信号；当门槛值为23dB时，1号传感器和2号传感器的通道均有信号，且信号较多一些，但撞击数很少，只有8个；当门槛值为22dB时，信号基本正常，此时撞击数有78个，由此可以断定在此实验环境中，地面环境背景噪声为22dB。

根据各声波传感器的通道的门槛电平应该比最高噪声电平高6dB以上，1号传感器的通道分别设置门槛电平值为28dB、30dB、32dB和35dB，2号传感器的通道分别设置门槛电平值为27dB、29dB、31dB和34dB，进行管道小泄漏试验，管道压力约为0.29MPa，采集时间不变，分别得到检测图。当1号传感器的门槛电平值设置为30dB时，撞击数为1127个，定位事件数为563个；1号传感器的门槛电平值设置为35dB时，撞击数为1073个，定位事件数为536个。门槛电平值设置为35dB时，检测定位效果更好。又经多次实验，结果相似。由此，我们初步提出燃气管道泄漏检测门槛值不能按原有的压力容器检测的标准设置为45dB。

对于上述的实验结果，我们将其带到燃气管道现场检测，得到确证：

现场一管段管长约为70.5m，中压B级铸铁管，管道压力约为65kPa，管径为DN400mm。

测得地面环境噪声为30dB，按照门槛电平应该比最高噪声电平高6dB以上的设置要求，该实测门槛值至少应设置为36dB，但因声发射传感器是安装在距地面1.2～1.5米深的检查井中的管道上，当门槛设置36dB时，并未检测到信号，于是将声发射传感器门槛值以1dB的递减幅度。当门槛值降到23～24dB时，发现有较强的信号，且有较为明显的泄漏定位。同样又在另一段管道上测试，测得地面环境背景噪声为34dB，但实际检测中，当门槛值降到22dB时，发现较为明显的泄漏定位信号。将门槛值设置在23～27dB之间，检测到一个明显泄漏点，经燃气公司开挖后检测确实发现管道上一个约为1mm左右的泄漏小孔。

关于步骤(2)中的定时参数的设置：分别采用0～100kHz低频传感器和100～400kHz高频传感器，结合燃气管道(碳钢材质)模拟实验管道(见图1)，用HBФ0.5mm铅芯断铅作为声发射信号模拟源。其测量结果如表1和表2。

表1 低频传感器(20～100kHz)断铅模拟声发射信号衰减测量结果

距离传感器距离(cm)	20	40	80	120	200	300	400	600	800	1000
											平均幅度值(dB)	98.6	98.3	91.3	94.6	86.6	88	85.3	87	82.6	78

表2 高频传感器(100～400kHz)断铅模拟声发射信号衰减测量结果

距离传感器距离(cm)	20	40	80	120	200	300	400	600	800	1000
											平均幅度值(dB)	99	97.6	90	86.6	87.3	84.6	82.6	80	78	75.3

从图2可以看出，距离传感器的距离越近衰减越快，随着到传感器距离的增大，衰减趋于平缓，频率越高，衰减越大，频率越低，衰减越小。但总体而言，不管是低频传感器衰减，还是高频传感器衰减，其衰减的幅度都小于开始信号的30％，低频成分在传播过程中的衰减更小。由此可知，城市燃气管道(碳钢管)应属于低衰减构建。根据定时参数合理选择范围如表3，可知峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)和撞击闭锁时间(HLT)应分别设置为：1000μs、2000μs、和20000μs。

表3 定时参数选择

材料与试件	PDT(μs)	HDT(μs)	HLT(s)
				复合材料	20～50	100～200	300
金属小试件	300	600	1000
				高衰减金属构件	300	600	1000
低衰减金属构件	1000	2000	20000

关于步骤(2)中的模拟滤波器的设置：通过保持两个声发射传感器间距6m，压力为0.2MPa的条件下，改变泄漏点处泄漏量的变化来进行实验。模拟实验管道如图1，管道泄漏由阀门开关实现，以阀门的打开不同的开度代表一定的泄漏量。图3和图4分别为泄漏阀门打开15度角和90度角测得的声信号频谱图。

由实验的频谱图可以看到，不管是阀门开度为15度角的小泄漏，还是开度较大的泄漏，其泄漏信号的响应频率都在20～60kHz的范围内。为进一步验证泄漏信号是低频信号，又在城市燃气管道现场进行泄漏实测，该管段为中压B级管，长50米，公称直径400mm，1号传感器和2号传感器分别放在该管道的两端，得到如图5信号频谱图。

从图5可进一步看到，泄漏信号的频率均在60kHz以内。同时由于燃气管道长度较大，传感器之间的距离相对较长，考虑到高频信号衰减更快，因此检测中选用0～100kHz的低频声发射传感器，模拟滤波器的工作频率设置为20～100kHz。

以下为本发明的实施例：

1、确定检测方式

城市燃气管道埋在地下，无法在其表面布置声发射传感器。经过现场勘查，发现可以将声发射传感器布置在管道的日常检查井或积水井内的被测管道上。由于不能确定其检测的有效性，决定利用实验室油气管道试验平台进行试验，以探索其检测的有效性。

试验管段长7000mm，管道压力模拟现场燃气管道的实际压力，即表压控制在0.05MPa，流量为1.5m³/h，管道泄漏率控制在在10000～15000cm³/h。1、2号传感器分别布置在(2200,0)和(5000,0)处，泄漏点在(4150,0)处(单位mm)，试验中设置的采样长度为2K，采样率为1Msps。测得的地面环境背景噪声为36dB，门槛电平值设35dB，放大增益为40dB。

试验分析步骤分两个阶段进行：

(1)保持管道内介质处于流动状态，改变泄漏量，重复采集信号数据和图像，比较不同泄漏量下采集到的数据信号；

(2)对泄漏信号进行互相关分析，计算泄漏点位置，与实际泄漏位置进行比较，确定该方法的可行性。

2、检测试验

通过调整泄漏阀门开度以达到不同的泄漏量，根据地面环境背景噪声测定输入门槛值，确保检测灵敏度，重复进行三组实验，每组3次试验数据分析。得到图6的a、b、c、d、分别为1号和2号传感器的定位分析图。

将实验所得9组定位数据进行处理分析，检测泄漏点在3360mm至4900mm之间，与真实泄漏点4150mm处相比较，误差率为8.2％。

根据互相关分析的原理和定义，在MATLAB软件下编制程序，进行波形的互相关分析，任选1号和2号传感器的50对波形进行互相关分析，得到如图7互相关系数图。

从图7中我们可以得到，互相关系数最大的是第25对波形，此时两信号所对应的采样点差值为145，根据公式(1)，计算时间差为Δt₁＝1.45×10^-4s，得出泄漏口位置为x＝3758.6mm。

同理对另49个实验数据进行计算，得到误差率，最后得到平均误差为5.20％。

可见，在管道运行状态下可以进行泄漏检测，只是得出泄漏源位置有偏差，但经互相关分析处理后，泄漏源定位的结果准确率有较大提高，可以在实际工程中尝试应用。

3、实例

管段1位于某市新民路上，管长约为70.5m，中压B级铸铁管，管道压力约为65kPa，管径为DN400mm，埋深约1.2米，如图8所示，1号传感器布置在该管段检查井中被测管道上，2号传感器布置在距离1号传感器68米外的另一个检查井中的该被测管道上，即两个传感器的间距为68m。

经声发射传感器标定、背景噪声检测调试后，测得地面环境背景噪声为35dB，门槛电平值先设置为32设置dB，采集后没有发现任何信号，以1～2dB为单位逐次降低门槛值，直至降至24dB时信号较好，发现有较为明显的泄漏信号。分别采集了3组数据，但难以准确确定，需要对收集到的信号进行互相关分析准确定位。编制计算程序，用Matlab软件实现对两个信号的互相关计算，得出定位结果如表4。

表4 管段泄漏点定位结果

测试组号	泄漏点(m)
		1	67.41
2	67.25
		3	66.61
平均值	67.10

以上定位结果，结合燃气公司该管段实际设计和布置图，管道实际可能泄漏点初步判断在距离2号传感器所在的阀门处。

后经该燃气公司现场开挖检查、验证，确认在此位置(接口连接处)存在一定程度的泄漏，随后进行了处理。

本发明的方法综合考虑了城市燃气埋地管道特点，在管道不停止运行、不被开挖的情况下，提出可行的检测方法，用于某燃气公司地处市中心的铸铁管道进行了的实地检测，初步得到两段管道疑似泄漏点位置，经与管道设计布置图对照，泄漏点正好是管道上的接口或阀门位置，后经现场开挖得到了验证和确认。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)保持被测管道正常运行，即被测管道不停止运行，不被开挖情况下，采用两个声发射传感器检测声波信号，将两个声发射传感器固定在被测管道上且分别布置的被测管道的两端，连接好声发射传感器的信号传输线缆；

(2)设置检测参数：

①门槛电平值的设置：先进行地面环境背景噪声(BN)的测定，对于地面上架设的管道，其门槛电平值根据测得的地面环境背景噪声设定为(BN+6dB)～(BN+10dB)；对于地下埋设管道，先将门槛电平值设置为测得的地面环境背景噪声，由声发射传感器采集信号，若没有发现任何信号，则以1～2dB为单位逐次降低门槛电平值，当声发射传感器采集到信号时，此时的门槛电平值接近最终设置的门槛电平值，继续降低门槛电平值2～4dB，此时的门槛电平值为最终设置的门槛电平值；

②定时参数的设置：确定峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)和撞击闭锁时间(HLT)；

③模拟滤波器的设置：步骤(1)中的声发射传感器为0～100kHz的低频声发射传感器，模拟滤波器的工作频率为20～100kHz；

④根据两个声发射传感器之间的间距设置事件定义值、闭锁值以及过定位值：事件定义值取两个声发射传感器之间的最大距离，闭锁值设置为事件定义值的2倍，过定位值设置为事件定义值的10％；

(3)结合声发射检测原理和互相关分析法对泄漏点进行定位分析，得出泄漏点的位置。

2.如权利要求1所述的城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，其特征在于：门槛电平值不低于22dB。

3.如权利要求1所述的城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，其特征在于：将声发射传感器布置在管道检查井或集水井部位的被测管道上。

4.如权利要求1所述的城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，其特征在于：所述声发射传感器通过胶带或磁夹具固定在被测管道上。

5.如权利要求1所述的城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，其特征在于：峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)和撞击闭锁时间(HLT)分别设置为：1000μs、2000μs、和20000μs。

6.如权利要求1所述的城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，其特征在于：步骤(3)中，声发射检测原理为，设步骤(1)中的两个声发射传感器分别为1号传感器和2号传感器，泄漏发生后，泄漏点到1号传感器的距离可以通过公式(1)计算：

$x=\frac{L-\mathrm{v\&Delta;t}}{2}---\left(1\right)$

式(1)中：x为泄漏点到1号传感器的距离；L为两传感器之间的距离；v为声波在被测管道中的传播速度；Δt为信号传播到1号传感器和2号传感器的时间差；

根据式(1)得出的x的值即可进行泄漏定位。

7.如权利要求6所述的城市燃气管道不开挖泄漏检测定位方法，其特征在于：步骤(3)中，互相关分析法为，假设泄漏信号先传播到1号传感器，间隔一定时间后再传播到2号传感器，由于信号在短时内是稳态的，因此认为传播到1号传感器和2号传感器的泄漏信号存在相似性，只是2号传感器检测到的泄漏信号在时间上迟后于1号传感器检测到的泄漏信号；

任意一个声波信号x₁(t)和一个延迟时间为τ的声波信号x₂(t+τ)在时间T内的互相关函数为：

$R_{x_1{x}_2}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{x}_1\left(t\right)x_2(t+\mathrm{\&tau;})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

管道实际运行中，实时采集到的声波信号为离散值x₁(k)和x₂(k)，其离散形式：

$R_{x_1{x}_2}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\underset{N\&RightArrow;\&infin;}{\lim }\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_1\left(k\right)x_2(k+\mathrm{\&tau;})---\left(3\right)$

其中N为采样数据长度；L为管长，v为波速，如果发生泄漏，且当τ＝τ₀时，将达到最大值，即

$R_{x_1{x}_2}\left({\mathrm{\&tau;}}_0\right)={\max R}_{x_1{x}_2}\left(\mathrm{\&tau;}\right)---\left(4\right)$

则，泄漏点的位置为：