CN106678553A - 一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，选取气体流动平稳的管段作为待测管段，在待测管段两端安装动态压力传感器；选取待测管段上游或者下游某点作为泄漏点，使泄漏点发生泄漏；通过信号处理得到两个泄漏信号各自的幅值，然后选取幅值对应的采样点，将两个采样点相减得到的差值除以采样频率得到时间差；将传感器之间的距离与时间差相除得到动态压力波的表观传播速度，最终考虑气体流动速度得到动态压力波的传播速度。本发明通过泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，能够验证并校正泄漏动态压力波传播速度的理论计算公式，提高动态压力波传播速度的计算精度，从而为泄漏定位精度的提高提供基础。

Description

一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法
技术领域
本发明涉及油气管道动态压力波法泄漏监测技术领域，特别是涉及一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法。
背景技术
目前可以应用于油气管道的泄漏监测方法有许多种，其中，动态压力波法与传统的质量平衡法、负压波法、瞬态模型法等相比具有诸多优点：灵敏度高、定位精度高、误报率低、检测时间短、适应性强；动态压力波法测量的是管线流体中的微弱动态压力变化量，与管线运行压力的绝对值无关,响应频率更宽，检测范围更宽等。
针对输气管道动态压力波法泄漏检测与定位技术的研究中，动态压力波传播速度、动态压力波到达管道两端传感器的时间差以及管道两端传感器之间的安装距离决定泄漏定位精度，但目前研究大都集中在动态压力波到达管道两端的时间差的求解计算，以此实现泄漏的准确定位。国内外学者也多是针对时间差精度的提高进行研究的。
根据调研，现阶段国内外涉及基于动态压力波技术的油气管道泄漏定位方法的专利主要有：
美国专利US6389881公开了一种基于动态压力波技术的管道实时泄漏检测装置和方法。该技术利用传感器采集管内动态压力，采用模式匹配滤波技术对信号进行滤波处理，排除噪声，降低干扰，提高了定位精度；
中国专利200810223454.X公开了一种利用动态压力和静态压力数据进行管道泄漏监测的方法及装置。该方法在管道首末端分别安装一套动态压力传感器和静态压力传感器，测量管内音波信号，音波信号经数据采集装置处理后提取泄漏信号，并利用GPS系统打上时间标签，进行泄漏定位。
中国专利201510020155.6公开了一种基于声波幅值的油气管道泄漏定位方法，该方法采用经过小波分析处理后得到低频段声波幅值来进行泄漏检测和定位，建立了泄漏声波在油气管道介质内的传播模型，提出了一种不考虑声速及时间差的泄漏定位方法。
其在泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算处理上存在一定的不足，现有的专利较少涉及泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，对泄漏定位精度的提高更多的是依靠精确计算动态压力波到达管道两端传感器的时间差实现的，对传播速度的计算方法普遍采用传统的声速计算公式，具体表现为：传统的声速计算公式中压力采用的是管道的平均压力，但气体在管道输送过程中压力存在降低，使得声速计算并不准确，这就降低了泄漏定位精度，若要准确计算声速，需安装大量的压力传感器，这就造成了投资规模大，这都降低了动态压力波法推广的可行性和适用性。
综上所述，现有技术中对于泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，包括以下步骤：
步骤一，选取气体流动平稳的管段作为待测管段，在待测管段两端安装动态压力传感器，并获取气体流动速度和动态压力传感器之间的距离；
步骤二，选取待测管段上游或者下游某点作为泄漏点，使泄漏点发生泄漏；
步骤三，设定动态压力传感器的信号采样频率并利用动态压力传感器采集对应的两个泄漏信号；
步骤四，通过信号处理得到两个泄漏信号各自的幅值，然后选取幅值对应的采样点，将两个采样点相减得到的差值除以采样频率得到时间差；
步骤五，将两个动态压力传感器之间的距离与时间差相除得到动态压力波的表观传播速度；
步骤六，综合考虑泄漏点的位置、气体流动速度、表观传播速度得到动态压力波的传播速度。
进一步，在步骤一中，气体流动速度可以通过流量计获取。
进一步，在步骤一中，两个动态压力传感器之间的距离应不小于3.4米且气体流动平稳，获取气体流动速度。在两个动态压力传感器的距离上考虑信号到达两个传感器的时间差不小于0.01s(3.4除以声速340)，太短会导致时间差计算不精确，影响定位精度。
进一步，在步骤二中，上游或者下游的泄漏点距离最近的动态压力传感器距离应不小于3.4米。上述距离的设定是考虑声波到达最近传感器的时间为0.01s太短会导致时间差计算不精确，影响定位精度。
进一步，在步骤三中，动态压力传感器的采样频率应设置为100～30000Hz。上述采样频率的设置是考虑：一是该采用频率获得信号可以远传，二是动态压力传感器规格限制，三是后续对获取信号的电脑存储容量的考虑。
进一步，在步骤四中，对于信号处理采用小波变换进行滤波。采用小波变换进行滤波，设置较高的采样率，信号处理方法应尽可能清晰的提取幅值特征，并能通过幅值特征准确定位对应的采样点。
进一步，在步骤六中，泄漏点位于待测管段上游时，将步骤五得到的动态压力波表观传播速度与气体流动速度相减即可得到动态压力波的传播速度。
进一步，在步骤六中，泄漏点位于待测管段下游时，将步骤五得到的动态压力波表观传播速度与气体流动速度相加即可得到动态压力波的传播速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，进而对管道泄漏进行定位，降低投资，增加可行性。
本发明提供的泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，能够对管道泄漏进行准确定位，具体为通过声速以及时间差的泄漏定位公式进行定位，提高了声波法的可行性和适用性。
本发明方法简单，操作方便，较好的解决了现阶段动态压力波传播速度的计算问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明实施例提供的泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法的步骤图；
图2是本发明实施例提供的泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法原理流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在现阶段动态压力波传播速度计算不准确的问题，为了解决如上的技术问题，增加声波法的可行性和适用性，本申请提出了一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，包括以下步骤：
S101：选取气体流动平稳的管段作为待测管段并安装传感器；
S102：选取泄漏点使泄漏发生；
S103：明确采样频率并采集信号；
S104：计算时间差；
S105：计算动态压力波的表观传播速度；
S106：计算动态压力波的传播速度。
如图2所示，本发明的具体实施流程为：
泄漏点发生在管道上游某点处，传感器1和2安装在泄漏点下游，传感器之间的距离为L，采样频率为n，采集声波信号幅值分别为p1和p2，对应的采样点分别为s1和s2，则时间差为则可根据传播速度计算公式计算得到动态压力波的表观传播速度。
泄漏点位于待测管段上游时，将得到的动态压力波表观传播速度与气体流动速度相减即可得到动态压力波的传播速度。
本发明通过泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，能够验证并校正泄漏动态压力波传播速度的理论计算公式，提高动态压力波传播速度的计算精度，从而为泄漏定位精度的提高提供基础。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，选取气体流动平稳的管段作为待测管段，在待测管段两端安装动态压力传感器，并获取气体流动速度和动态压力传感器之间的距离；
步骤二，选取待测管段上游或者下游某点作为泄漏点，使泄漏点发生泄漏；
步骤三，设定动态压力传感器的信号采样频率并利用动态压力传感器采集对应的两个泄漏信号；
步骤四，通过信号处理得到两个泄漏信号各自的幅值，然后选取幅值对应的采样点，将两个采样点相减得到的差值除以采样频率得到时间差；
步骤五，将两个动态压力传感器之间的距离与时间差相除得到动态压力波的表观传播速度；
步骤六，综合考虑泄漏点的位置、气体流动速度、表观传播速度得到动态压力波的传播速度。
2.如权利要求1所述的一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，其特征是，在步骤一中，气体流动速度可以通过流量计获取。
3.如权利要求1所述的一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，其特征是，在步骤一中，两个动态压力传感器之间的距离应不小于3.4米且气体流动平稳。
4.如权利要求1所述的一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，其特征是，在步骤二中，上游或者下游的泄漏点距离最近的动态压力传感器距离应不小于3.4米。
5.如权利要求1所述的一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，其特征是，在步骤三中，动态压力传感器的采样频率应设置为100～30000Hz。
6.如权利要求1所述的一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，其特征是，在步骤四中，对于信号处理采用小波变换进行滤波，采用小波变换进行滤波，设置较高的采样率，信号处理方法应尽可能清晰的提取幅值特征，并能通过幅值特征准确定位对应的采样点。
7.如权利要求1所述的一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，其特征是，在步骤六中，泄漏点位于待测管段上游时，将步骤五得到的动态压力波表观传播速度与气体流动速度相减即可得到动态压力波的传播速度。
8.如权利要求1所述的一种泄漏动态压力波在管内气体中传播速度的计算方法，其特征是，在步骤六中，泄漏点位于待测管段下游时，将步骤五得到的动态压力波表观传播速度与气体流动速度相加即可得到动态压力波的传播速度。
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