CN107329167A - 检测管道沉积物分布的方法、系统以及计算机储存介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测管道沉积物分布的方法、系统以及计算机储存介质。该方法包括以下步骤：从入射波在管道内被激发出时开始，在预设时间段内获取设置在管道内的检测点处的流体的压力值；根据获取的压力值生成时间点与压力值的映射关系；根据映射关系获取入射波的到达时间和强度、反射到检测点处的增压波的到达时间和强度以及反射到检测点处的减压波的到达时间；根据入射波和增压波的到达时间确定沉积物距离检测点的长度；根据增压波和减压波的到达时间确定沉积物的长度；根据入射波的强度、增压波的强度以及沉积物距离检测点的长度确定堵塞系数范围；根据沉积物距离检测点的长度、沉积物的长度以及堵塞系数确定沉积物的分布情况。

Description

检测管道沉积物分布的方法、系统以及计算机储存介质

技术领域

本发明涉及管道检测领域，尤其涉及一种检测管道沉积物分布的方法、系统以及计算机储存介质。

背景技术

当多种混合物组成的复杂流体在管道内流动时，流体会受到温度、压力等条件的影响，进而容易在管道的内壁上产生沉积物。沉积物可能会导致管壁结垢，甚至可能会出现管内沉积物堵塞、凝管等事故，从而会对管道运输造成不利的影响及危害。

为了避免沉积物堵塞、凝管等事故的发生，需要定期对管道内的沉积物进行清除，而在对沉积物清除之前需要掌握管道内沉积物的位置及其沉积层厚度。

现有技术中，存在采用压力波对管道沉积物检测方法。该方法通常使用管道某一位置或某些位置的流体压力数据可以确定管道沿线沉积物的分布情况。目前的压力波技术仅能定性识别局部管道堵塞的情况，即只能确定堵塞物的堵塞位置以及堵塞长度，但无法定量准确检测管道内沉积物的具体分布情况。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种检测管道沉积物分布的方法、系统以及计算机储存介质，用于解决上述的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供的一种检测管道沉积物分布的方法，包括以下步骤：

从入射波在指定的管道段内被激发出时开始，在预设时间段内获取所述管道段内的检测点处的流体压力数据；

确定所述流体压力数据中的压力值与对应采样时间间的映射关系；

根据所述映射关系，获取所述入射波在所述检测点处的到达时间和强度，所述入射波在所述管道段内反射形成的增压波在所述检测点处的到达时间和强度，以及所述入射波在所述管道段内反射形成的减压波在所述检测点处的到达时间；

根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度；

根据所述增压波的到达时间及所述减压波的到达时间，确定所述沉积物的长度；

根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围；

根据所述沉积物距离所述检测点的长度、所述沉积物的长度以及所述堵塞系数范围，确定所述沉积物在所述管道段内分布情况。

在一可选的实施方式中，根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度，包括：

获取所述检测点处的管道弹性模量、管道直径、管壁厚度、流体密度以及流体弹性系数；

根据公式确定所述管道段内的平均波速；

其中，a_ij为第i段第j个空间步长的平均波速；f_ij为第i段第j个空间步长的摩阻系数；K_ij为第i段第j个空间步长的流体弹性系数；Δx_ij为第i段第j个空间步长；ρ为流体密度；E为管道弹性模量；D_i为第i段管道的管道直径；A_i为第i段管道的横截面积；e为管壁厚度；c为与管道段约束条件有关的约束系数；

根据所述入射波和所述增压波的到达时间以及所述平均波速确定所述沉积物距离所述检测点的长度。

在一可选的实施方式中，所述根据所述增压波和所述减压波的到达时间确定所述沉积物的长度，包括：

根据所述增压波和所述减压波的到达时间以及所述平均波速确定所述沉积物的长度。

在一可选的实施方式中，所述根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围，包括：

根据所述沉积物距离所述检测点的长度，并通过数值模拟确定所述入射波到达所述沉积物近端时的强度；

根据所述入射波在所述检测点处的强度，并结合所述入射波到达所述沉积物近端时的强度确定所述入射波的衰减量；

根据所述入射波的衰减量、压力波经过位置处沿程摩阻损失确定所述增压波的衰减量；

根据所述入射波的衰减量、所述增压波的衰减量、所述入射波在所述检测点处的强度以及所述增压波在所述检测点处的强度，确定所述管道段的估算的堵塞系数，进而确定堵塞系数范围。

在一可选的实施方式中，所述根据所述沉积物距离所述检测点的长度，并通过数值模拟确定所述入射波到达所述沉积物近端时的强度，包括：

通过公式： 进行数值模拟确定所述入射波到达所述沉积物近端时的强度；

其中，x为沿管道段中心线方向的距离；H为水头；V为管道段内流体的平均流速；g为重力加速度；J_s为摩阻损失；f是Brunone模型中摩阻系数；k_B是常数；a为水击波速；α为管段倾斜角。

在一可选的实施方式中，所述根据所述入射波的衰减量、压力波经过处摩阻损失确定所述增压波的衰减量，包括：

通过公式：确定所述增压波的衰减量；

其中，Δh_F为所述增压波从所述检测点到达所述沉积物时的衰减量；Δh_f为所述入射波从所述沉积物处到达检测点时的衰减量；ΔH_F为所述增压波从所述检测点到达所述沉积物处时的摩阻损失；ΔH_f为所述入射波从所述沉积物处到达检测点时的摩阻损失。

在一可选的实施方式中，所述根据所述入射波的衰减量、所述增压波的衰减量、所述入射波在所述检测点处的强度以及所述增压波在所述检测点处的强度，确定所述管道段的堵塞系数，包括：

通过公式： 确定堵塞系数范围；

其中，k为局部堵塞系数；D为无局部堵塞管段的管径；c为与管道支承方式有关的参数；H_F为入射波的强度；F₁为入射波H_F到达沉积物处时的强度；f₁为在沉积物处向检测点反射的增压波的强度；H_f为所述入射波在所述检测点处的强度；Δh_F为所述增压波从所述检测点到达所述沉积物处时的衰减量；Δh_f为所述入射波从所述沉积物处到达检测点时的衰减量。

在一可选的实施方式中，所述入射波通过打开或者关闭泵站被激发出，或者通过关闭位于管道下游末端的阀体被激发出；

当所述入射波通过打开或者关闭泵站被激发出，所述检测点位于所述泵站处；

当所述入射波通过关闭位于管道下游末端的阀体被激发出，所述检测点位于所述阀体处。

在一可选的实施方式中，确定所述预设时间段的步骤，包括：

确定待检测的管道段的最大允许工作压力；

根据待检测的管道段的最大允许工作压力，确定最大允许检测范围；

根据最大允许检测范围确定预设时间段。

在一可选的实施方式中，所述映射关系包括时间-压力的关系变化曲线。

本申请还提供了一种检测管道沉积物分布的系统，包括：

压力检测模块，用于从入射波在指定的管道段内被激发出时开始，在预设时间段内获取所述管道段内的检测点处的流体压力数据；

图形生成模块，用于确定所述流体压力数据中的压力值与对应采样时间间的映射关系；

参数获取模块，根据所述映射关系，获取所述入射波在所述检测点处的到达时间和强度，所述入射波在所述管道段内反射形成的增压波在所述检测点处的到达时间和强度，以及所述入射波在所述管道段内反射形成的减压波在所述检测点处的到达时间；

第一处理模块，用于根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度；

第二处理模块，用于根据所述增压波和所述减压波的到达时间确定所述沉积物的长度；

第三处理模块，根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围；

第四处理模块，根据所述沉积物距离所述检测点的长度、所述沉积物的长度以及所述堵塞系数范围，确定所述沉积物在所述管道段内分布情况。

本申请还提供了一种计算机储存介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

从入射波在指定的管道段内被激发出时开始，在预设时间段内获取所述管道段内的检测点处的流体压力数据；

确定所述流体压力数据中的压力值与对应采样时间间的映射关系；

根据所述映射关系，获取所述入射波在所述检测点处的到达时间和强度，所述入射波在所述管道段内反射形成的增压波在所述检测点处的到达时间和强度，以及所述入射波在所述管道段内反射形成的减压波在所述检测点处的到达时间；

根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度；根据所述增压波的到达时间及所述减压波的到达时间，确定所述沉积物的长度；

根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围；

根据所述沉积物距离所述检测点的长度、所述沉积物的长度以及所述堵塞系数范围，进一步更加准确地确定所述沉积物在所述管道段内分布情况。

本发明提供的方法相对于现有技术中压力波的检测方法，除了能确定沉积物的位置外，还能确定沉积物的长度以及堵塞的程度，具备操作简单、经济性好的特点。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例提供的检测管道沉积物分布的方法的流程图；

图2为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法中，局部堵塞段压力波反射示意图；

图3为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法中安全距离的示意图；

图4为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法中检测点处的时间与压力值之间的关系曲线；

图5为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法中各压力波在管道的产生、传递及反射示意图；

图6为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物非统一的空间步长网格划分示意图；

图7为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法中，将沉管内的沉积物等效为变径管及其特征线法示意图；

图8为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法中局部堵塞段的参矩阵数示意图；

图9为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法中泵-管道系统的示意图；

图10为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法实施例1中管道末端压力变化图；

图11为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法实施例2中瞬间关闭末端阀门设置测所示的水头变化图；

图12为本发明所提供的基于压力波的管道沉积物检测方法实施例2中模拟确定得到局部堵塞段管径与实际堵塞管径对比结果图；

图13为本发明的实施例提供的检测管道沉积物分布的方法中步骤S106中分步骤的流程图；

图14为本发明所提供的检测管道沉积物分布的系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参照图1所示，该图为本发明的一种检测管道沉积物分布的方法的流程图。该方法可以包括以下步骤：

S101：从入射波在指定的管道段内被激发出时开始，在预设时间段内获取所述管道段内的检测点处的流体压力数据；

在该步骤中，当管道段内的流体处于一稳定的状态时，管道段内的流体压力数据，其包括压力值，一般不会发生较为明显的变化，而在一相对稳定的范围内波动。当管道段内的某处遇到堵塞或者关闭时，位于其上游的流体因为惯性力的作用继续向下游方向流动，进而对下游的流体进行压缩(挤压)，使得位于下游流体的压力瞬间增大。

当流体的压力瞬间增大后，根据现有技术中弹性形变的原理，流体能被激发出压力波。压力值变化越大，压力波的强度就越大，因此可以通过在检测点设置压力传感器，压力传感器获取该点处的压力值的大小，也即能检测到该点压力波的强度。

参照图2所示，检测点可以设置在管道的不同位置。例如，管道输送装置一般可以包括设置在上游位置的泵站、设置在下游位置的阀体以及连通上下游的管道。泵站能够为液体管道内流动提供所需的压力，阀体也可以控制管道内流体的流速。

压力波(入射波)可以通过打开或者关闭泵产生，或者通过关闭位于管道下游末端的阀体产生。在关闭或者打开泵站的瞬间以及在关闭阀体的瞬间，管道内会激发出压力波，因此检测点可以在在激发出压力波的位置，也即泵站进出口处或者阀体处。

其中，压力传感器连续获取检测点处的管道段中流体的压力值时也不是持续性地进行获取，而是以间隔预设的时间获取一次，例如，可以间隔0.1秒、1秒、5秒等进行获取压力值。所设置的时间间隔应反映出压力波的变化；并用小波变换对压力数据分解、重构，过滤掉高频压力噪音。

在该步骤中，压力传感器获取压力值的预设时间可以根据待测管道段能承受的最大压力值进行确定。具体的确定方式为：假定待测管道最大允许工作压力H，其中：

H＝H₁+H_b1

H₁为激发的压力波；H_b1为待测量段距离压力波激发点最远处的压力；

然后，根据最大压力值确定检测点到管道段上产生最大压力值的位置之间的距离(安全距离)。参照图3所示，通过确定可以获取管道段上达到最大压力值的点X₂，该点和检测点之间的距离则为安全距离，再确定该待测管道段内的波速，进而可以确定压力波到达该处的时间，从而可以确定预设时间。

具体的，为了防止管道沿线超压，可以在反射波上游采取安全措施(如打开泄压阀)。应当保证所采取的安全性措施不干扰反射波的传递，也就是所采取措施的位置要在反射波上游。随着反射波的传递，其上游区域(图3中的梯形区域)也发生变化。梯形区域右侧对应的时间点后打开末端阀门，结束测量。

S102：确定所述流体压力数据中的压力值与对应采样时间间的映射关系；

在该步骤中，映射关系可以为压力值与时间之间的关系变化曲线。具体的，压力传感器将预设的时间段内的压力值数据传送给图像生成装置。该图像生成装置可以根据该数据以及该数据对应的时间生成压力值和时间之间的变化关系曲线。参照图4所示，该图就是根据获取的压力值生成的压力值和时间的关系曲线。其中，横向坐标为采样时间，纵向坐标为压力值。可以看出在t₁时，压力值具有一向上地突变，表明此时入射波产生，然后压力值随着时间持续地增大。在持续性地增大的过程中，还会有一次向上的突变(反射到检测点的增压波)和一次向下的突变(反射到检测点的减压波)。

当然的，映射关系除了以关系变化曲线的方式进行表示，还可以通过表格，矩阵等方式进行表示。计算机可以根据预设的条件对该映射关系进行判定，进而确定各参数值。例如，计算机中可以设定多个突变的范围，当压力值的变化大于该突变范围时，确定该压力值为入射波或者增压波亦或减压波的值。

S103：根据所述映射关系，获取所述入射波在所述检测点处的到达时间和强度，所述入射波在所述管道段内反射形成的增压波在所述检测点处的到达时间和强度，以及所述入射波在所述管道段内反射形成的减压波在所述检测点处的到达时间；

在该步骤中，继续参照图4并结合图5所示，入射波可以通过关闭阀门产生，当入射波产生的同时，检测点位于阀门的位置，检测点处的压力传感器进而检测出一压力值的突变。参照图4所示，t₁点这是为该入射波产生的时间，并能通过该点对应的坐标获取入射波产生时的强度。当入射波产生后，入射波会向上游方向传播。其中，F表示入射波，f表示反射波，F₁到F₅为入射波向上游方向传播以及又通过沉积物反射回来的示意图。

于此同时，参照图5所示，当管道下游的阀门突然关闭后，上游的流体会在泵站的作用下继续向下运动，造成堵塞点后管段内憋压(C₁到检测点之间)，生瞬态正压力波f₁(增压波)；而堵塞点后的管段(C₂到泵站之间)由于失去部分流体供给，而产生瞬态压力降，相当于产生瞬态负压f₂(减压波)。减压波f₂经过C₁点时又会发生反射与传递，其中向阀门处继续传递的减压波为F₅。

增压波产生后，会沿着管道的方向向下游传播。因此，从图4中可以看出，在t₂时刻，增压波到达检测点处，检测点处的压力会因增压波的出现而产生突变。因此，可以从变化关系曲线上获取增压波的到达时间以及该波的强度。同理，增压波到达检测点后，减压波会在t₃时刻到达检测点，从图4上可以获取减压波的到达时间。

S104：根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度；

在该步骤中，根据波的传播原理，入射波的产生时间和增压波的产生时间相同，产生后，入射波向上游方向传播，增压波向下游方向传播。假定波在流体中的传播速度相同，当增压波到达检测点时，可以等同为入射波在C₁处反射回来又到达检测点(阀门处)，因此可以根据现有技术中利用声波测距的方式确定沉积物的C₁点距离检测点的距离x。其中，公式为：

a为平均波速，单位为m/s；t₁为入射波的到达时间，单位为s；t₂为反射回来的增压波到达时间，单位为s。

其中，在该步骤中，平均波速a可以通过获取设置有所述检测点的管道段的弹性模量、管道直径、管壁厚度、管道中流体的密度以及管道段中流体的弹性系数，并根据公式：

计算得出每个空间步长的平均波速，再求所有步长波速的平均值得到沿线平均波速a。

公式(2)中，a_ij为第i段第j个空间步长的平均波速，单位为m/s；f_ij为第i段第j个空间步长的摩阻系数；K_ij为第i段第j个空间步长的流体弹性系数，单位为Pa；Δx_ij为第i段第j个空间步长，单位为m；ρ为流体密度，单位为kg/m³；E为管材弹性模量，单位为Pa；D_i为第i段管道直径，单位为m；A_i为第i段管道横截面积，单位为m²；e为管壁厚度，单位为m；c为与管道约束条件有关的约束系数。

S105：根据所述增压波的到达时间及所述减压波的到达时间，确定所述沉积物的长度；

在该步骤中，参照图4所示以及上述内容可知，增压波为C₁点向检测点发出。减压波为C₂点向检测点发出。增压波和减压波的到达时间间隔就是波在沉积物中传播的时间(C₁到C₂点)，因此可以根据现有技术中利用声波测距的公式确定沉积物的长度L；公式为：

其中，a为平均波速，单位为m/s；t₂为反射回来的增压波到达检测点的时间，单位为s；t₃为反射回来的减压波到达检测点的时间，单位为s。

S106：根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围；

参照图13所示，步骤S106还包括以下几个分步骤：

S1061：根据所述沉积物距离所述检测点的长度通过数值模拟确定入射波到达所述沉积物近端时的强度；

在该步骤中，因在确定沉积物具体位置之前，无法确定沉积物的位置点，因此不可能在沉积物处设置有压力传感器去检测入射波到达沉积物近端(C₁)的强度，我们进而需要通过模拟计算来确定入射波到达该点时的强度。其中，参照图5所示，当入射波通过关闭阀门产生时，沉积物近端为沉积物相对的两端中靠近阀门的一端。

具体的，现有技术中，流体在管道中瞬态工况下的控制方程包括：

式(4)-(7)中，x为沿管道中心线方向的距离，单位为m；t为时间，单位为s；H为水头，单位为m；V为管道内流体的平均流速，单位为m/s；g为重力加速度，单位为m²/s；J_s为摩阻损失，单位为m；f是Brunone模型中摩阻系数；k_B是介于0.01和0.03之间的经验常数；a为水击波速，单位为m/s；α为管段倾斜角，单位为度。

式(4)-(7)可组成一偏微方程组，该偏微分方程组可以在确定沉积物的位置的情况下，确定压力波(包括入射波)的变化情况，因此可以根据沉积物距离所述检测点的长度通过数值模拟确定入射波到达所述沉积物近端时的强度。

此外，为了保证数值模拟的精确度。在实际的计算过程中，所述数值计算方法考虑了所输送流体沿线黏度变化、沉积物引起的管道粗糙度变化，可以方便地描述串联内部边界条件(图6到图8所示)。图中，为了区分上下游的管道段，采用双下标的表示方法，其中第一个下标表示管段的编号，第二个下标表示管段截面编号或者该截面右侧的空间步长编号，下标P表示在t+Δt时间点的变量。其中，空间步长指管道段内沿长度方向的部分空间。

应用特征线法，对于上游管段的第N+1个节点和下游管段的第1个节点有：

C⁺:H_Pi,N+1＝C_Pi,N-B_i,NQ_Pi,N+1 (8)

C^-:H_Pi+1,1＝C_Mi+1，₁+B_i+1,1Q_Pi+1,1 (9)

C_Pi,N＝H_i,N+B_i,NQ_i,N-R_i,NQ_i,N|Q_i,N| (10)

C_Mi+1,1＝H_i+1,2-B_i+1,1Q_i+1,2+R_i+1,1Q_i+1,2|Q_i+1,2| (11)

其中，式(8)-(13)是用于离散偏微方程组(4)-(7)，以确定入射波到达所述沉积物近端时的强度F₁。

S1062：根据所述入射波的强度以及所述入射波到达所述沉积物近端时的强度确定所述入射波的衰减量；

在该步骤中，参照上述S1061的内容，可以通过公式：

Δh_F＝H_F-F₁ (14)

确定入射波衰减量Δh_F，其中，H_F表示入射波在检测点处的强度，F₁为入射波到达所述沉积物近端(C₁)时的强度。

S1063：根据所述入射波的衰减量Δh_F、入射波强度H_F和反射波到达末端处的值H_f确定堵塞系数范围；

在该步骤中，对于管道末端关阀的情况，可以通过求解以下方程得到堵塞系数范围：

其中，k为局部堵塞系数，无量纲；D为无局部堵塞管段的管径，单位为m；c为与管道支承方式有关的参数，无量纲；H_F为入射波的强度，单位为Pa；H_f为增压波到达检测点时的强度，单位为Pa；Δh_F为入射波H_F从检测点到达沉积物处时的衰减，单位为Pa；Δh_f为增压波从沉积物处到达检测点时的衰减，单位为Pa。

式(15)-(17)中，有两个未知量Δh_f和k，无法直接求解的出k。下面将Δh_f用k表示出来。假设压力波的衰减与压力波所经过位置处的摩阻损失呈正比，可以得到Δh_f与k之间的函数关系：

其中，ΔH_f和ΔH_F分别为压力波所经过位置处的摩阻损失。

假设末端瞬间关阀后，入射波、反射波波峰经过后的位置流量分布呈线性。可以得到入射波波峰后的流量分布(图9)：

其中，Q₀为管道稳态运行时的流量。

反射波波峰后的压力分布(图9)：

其中，r₁₂(k)为入射波在C₁处的反射系数，为k的函数。用下式计算：

将末端到堵塞段近端之间的距离划分为n段，每段长度为Δx＝l/n，分别计算每个Δx上的摩阻损失，然后累计得到ΔH_f和ΔH_F。用下式表达

式中，Q_il、Q_il分别为压力波左侧和右侧的流量。对于入射波有：Q_il＝Q₀，Q_ir＝Q₁(iΔx)；对于反射波有：Q_il＝Q₂(iΔx)，Q_ir＝Q₁(iΔx)。

由于ΔH_f依赖于堵塞系数k，方程(15)与(18)相互耦合，无法直接求解，采用以下搜索算法在(0,1)区间对其求解，求解步骤如下：

(1)设定一个堵塞系数初值k＝k₀；

(2)用式(18)-式(22)求解得到Δh_f；

(3)将上一步求解得到的Δh_f代入方程(15)(16)，求解得到k＝k₁；

(4)如果|k₀-k₁|<δ(δ为设定的精度)，退出计算；否则更新k＝k+Δk，返回(2)进行计算，最终确定一堵塞系数范围。

参照图1所示，本发明提供的实施例还包括步骤：

S107：根据所述沉积物距离所述检测点的长度、所述沉积物的长度以及所述堵塞系数范围，确定所述沉积物在所述管道段内分布情况；

在该步骤中：为了尽量减小本发明的检测管道沉积物分布的方法的计算结果与实际值之间误差，在确定管道上一个或者多个沉积物距离检测点的位置，沉积物的长度以及堵塞系数范围的基础上，通过公式

进一步进行精细的求解，准确确定沉积物的分布情况。

式(23)中，OF为目标函数；DT为总的时间步长；H为模拟的测压管水头，m；H*为测量出的测压管水头，m；n^H是测量点的数量；BLOC是所要辨识的变量矩阵。

其中，在存在n个沉积物段的管道段中，沉积物分布情况使用一个n×3的矩阵BLOC来表示(如图8所示)：

式(24)中每一行代表了一个沉积物段(管道段)，第i段沉积物段使用3个参数描述：沉积物距离检测点的距离x_i、沉积物的长度l_i、堵塞系数k_i。

具体的，式(1)、(3)以及(15)确定的结果都是三个堵塞参数的估算值。为了更加准确地确定沉积物的分布情况，应用式(23)进行求解，但是需要给它提供一个堵塞参数的求解范围。因此，堵塞位置和堵塞长度的取值范围根据式(1)和(3)估计，堵塞系数范围的取值范围根据式(15)估计。在确定好三个堵塞参数的取值范围后，可以将多组确定好的堵塞参数代入到矩阵(24)中，然后再通过式(23)进行计算。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序到达的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)

实施例1

为了验证本申请的实施例提供的方法的可行性，设定一实验系统，该实验系统示意图如图9所示。该水平管道的站间距为100km，管道内径为443mm，管道绝对当量粗糙度为0.01mm，弹性模量为207×103MPa。实验流体的密度为842.1kg/m³，首站泵扬程为30m。管道上设置有调节阀。首站中间站有调节阀门。下游边界为阀门和固定水位罐，其在固定水位罐管道末端阀门产生一恒定压力0.4MPa。假设该系统在满足以上条件的前提下发挥其最大输送能力。

假设第二站间距离中间站45km处有一个长度为2km的堵塞段，其堵塞系数为0.7。末端阀门瞬间关阀，模拟得到末端和堵塞端点(图5中C₁点)处的压力变化。现在通过压力传感器检测阀门处的压力值的变化并根据压力值的变化生成关系曲线(图10中实线)，要求局部堵塞参数。

按照本发明的方法，根据压力值与时间的关系曲线可以获取H_F、H_f、t₁、t₂、t₃。波速a可以通过式(2)计算出来。首选根据式(1)和(3)计算出局部堵塞的位置和长度。在估算出堵塞位置后，Δh_F可以通过数值模拟估计出来，再通过公式：Δh_f＝(3-4ln2)Δh_F将Δh_f确定出来。

将以上已知数据代入式(16)可以得到局部堵塞系数。

应用估算法反算得到局部堵塞参数x＝30891.36m、l＝2007.52m、k＝0.65，相对与实际实验确定的数值误差分别为0.3％、0.3％、7.1％。

实施例2

与实例1中泵-管道系统完全相同，假设第二站间存在一个局部堵塞段，其参数如表3所示，假设瞬间关闭末端阀门，设置两个测量点(末端和距离末端10km处)，可以得到如图11所示的水头变化图。现在假设通过测量得到了如图11所示的水头变化图，要求7个堵塞段的堵塞系数(分别为k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、k₇)。

首先，按照专利说明书所述的方法编制有局部堵塞的流体管道瞬变流计算程序；然后，写出离散形式的最优目标函数值函数；并通过观察图11中压力波形，添加以下约束条件：k₁﹤k₂﹤k₃﹤k₄，且k₄﹥k₅﹥k₆﹥k₇，经过估算将求解上下限设定为[0.6,1]，再将该堵塞参数利用式(23)进行求解，并用遗传算法求解两次，求解最大代数为100代，平均用时14.58h，得到了7个连续局部堵塞段的管径(表1，图12)，进而可以得出管道内沉积物的分布情况，并可以看出计算值和实际管径之间的误差在合理的范围。

表1

位置(km)	45-47	47-49	49-51	51-53	53-55	55-57	57-59
								实际管径(mm)	420.66	376.38	332.10	287.82	332.10	376.38	420.66
计算管径(mm)	386.14	360.74	328.38	295.98	340.07	380.91	419.50

从上述的多个实施例中可以看出，本发明提供的方法相对于现有技术中压力波的检测方法，除了能确定沉积物的位置外，还能确定沉积物的长度以及堵塞的程度，具备操作简单，经济性好的特点。

参照图14所示，本发明还提供了一种检测管道沉积物分布的系统，该系统可以包括：

压力检测模块111，用于从入射波在指定的管道段内被激发出时开始，在预设时间段内获取所述管道段内的检测点处的流体压力数据；映射关系生成模块112，用于确定所述流体压力数据中的压力值与对应采样时间间的映射关系；参数获取模块113，用于根据所述映射关系，获取所述入射波在所述检测点处的到达时间和强度，所述入射波在所述管道段内反射形成的增压波在所述检测点处的到达时间和强度，以及所述入射波在所述管道段内反射形成的减压波在所述检测点处的到达时间；第一处理模块114，用于根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度；第二处理模块115，用于根据所述增压波的到达时间及所述减压波的到达时间，确定所述沉积物的长度；第三处理模块116，用于根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围；第四处理模块117，用于根据所述沉积物距离所述检测点的长度、所述沉积物的长度以及所述堵塞系数范围，确定所述沉积物在所述管道段内分布情况。

本申请还公开了一种计算机储存介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

从入射波在指定的管道段内被激发出时开始，在预设时间段内获取所述管道段内的检测点处的流体压力数据；确定所述流体压力数据中的压力值与对应采样时间间的映射关系；根据所述映射关系，获取所述入射波在所述检测点处的到达时间和强度，所述入射波在所述管道段内反射形成的增压波在所述检测点处的到达时间和强度，以及所述入射波在所述管道段内反射形成的减压波在所述检测点处的到达时间；根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度；根据所述增压波的到达时间及所述减压波的到达时间，确定所述沉积物的长度；根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围；根据所述沉积物距离所述检测点的长度、所述沉积物的长度以及所述堵塞系数范围，确定所述沉积物在所述管道段内分布情况。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：

从入射波在指定的管道段内被激发出时开始，在预设时间段内获取所述管道段内的检测点处的流体压力数据；

确定所述流体压力数据中的压力值与对应采样时间间的映射关系；

根据所述映射关系，获取所述入射波在所述检测点处的到达时间和强度，所述入射波在所述管道段内反射形成的增压波在所述检测点处的到达时间和强度，以及所述入射波在所述管道段内反射形成的减压波在所述检测点处的到达时间；

根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度；

根据所述增压波的到达时间及所述减压波的到达时间，确定所述沉积物的长度；

根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围；

根据所述沉积物距离所述检测点的长度、所述沉积物的长度以及所述堵塞系数范围，确定所述沉积物在所述管道段内分布情况。

2.根据权利要求1所述的检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，

根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度，包括：

获取所述检测点处的管道弹性模量、管道直径、管壁厚度、流体密度以及流体弹性系数；

根据公式确定所述管道段内的平均波速；

其中，a_ij为第i段第j个空间步长的平均波速；f_ij为第i段第j个空间步长的摩阻系数；K_ij为第i段第j个空间步长的流体弹性系数；Δx_ij为第i段第j个空间步长；ρ为流体密度；E为管道弹性模量；D_i为第i段管道的管道直径；A_i为第i段管道的横截面积；e为管壁厚度；c为与管道段约束条件有关的约束系数；

根据所述入射波和所述增压波的到达时间以及所述平均波速确定所述沉积物距离所述检测点的长度。

3.根据权利要求2所述的检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，所述根据所述增压波和所述减压波的到达时间确定所述沉积物的长度，包括：

根据所述增压波和所述减压波的到达时间以及所述平均波速确定所述沉积物的长度。

4.根据权利要求1所述的检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，所述根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围，包括：

根据所述沉积物距离所述检测点的长度，并通过数值模拟确定所述入射波到达所述沉积物近端时的强度；

根据所述入射波在所述检测点处的强度，并结合所述入射波到达所述沉积物近端时的强度确定所述入射波的衰减量；

根据所述入射波的衰减量、压力波经过位置处沿程摩阻损失确定所述增压波的衰减量；

根据所述入射波的衰减量、所述增压波的衰减量、所述入射波在所述检测点处的强度以及所述增压波在所述检测点处的强度，确定所述管道段的估算的堵塞系数，进而确定堵塞系数范围。

5.根据权利要求4所述的检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，所述根据所述沉积物距离所述检测点的长度，并通过数值模拟确定所述入射波到达所述沉积物近端时的强度，包括：

通过公式： 进行数值模拟确定所述入射波到达所述沉积物近端时的强度；

其中，x为沿管道段中心线方向的距离；H为水头；V为管道段内流体的平均流速；g为重力加速度；J_s为摩阻损失；f是Brunone模型中摩阻系数；k_B是常数；a为水击波速；α为管段倾斜角。

6.根据权利要求4所述的检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，所述根据所述入射波的衰减量、压力波经过处摩阻损失确定所述增压波的衰减量，包括：

通过公式：确定所述增压波的衰减量；

其中，Δh_F为所述增压波从所述检测点到达所述沉积物时的衰减量；Δh_f为所述入射波从所述沉积物处到达检测点时的衰减量；ΔH_F为所述增压波从所述检测点到达所述沉积物处时的摩阻损失；ΔH_f为所述入射波从所述沉积物处到达检测点时的摩阻损失。

7.根据权利要求4所述的检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，所述根据所述入射波的衰减量、所述增压波的衰减量、所述入射波在所述检测点处的强度以及所述增压波在所述检测点处的强度，确定所述管道段的堵塞系数，包括：

通过公式：确定堵塞系数范围；

其中，k为局部堵塞系数；D为无局部堵塞管段的管径；c为与管道支承方式有关的参数；H_F为入射波的强度；F₁为入射波H_F到达沉积物处时的强度；f₁为在沉积物处向检测点反射的增压波的强度；H_f为所述入射波在所述检测点处的强度；Δh_F为所述增压波从所述检测点到达所述沉积物处时的衰减量；Δh_f为所述入射波从所述沉积物处到达检测点时的衰减量。

8.根据权利要求1所述的检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，所述入射波通过打开或者关闭泵站被激发出，或者通过关闭位于管道下游末端的阀体被激发出；

当所述入射波通过打开或者关闭泵站被激发出，所述检测点位于所述泵站处；

当所述入射波通过关闭位于管道下游末端的阀体被激发出，所述检测点位于所述阀体处。

9.根据权利要求1所述的检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，确定所述预设时间段的步骤，包括：

确定待检测的管道段的最大允许工作压力；

根据待检测的管道段的最大允许工作压力，确定最大允许检测范围；

根据最大允许检测范围确定预设时间段。

10.根据权利要求1所述的检测管道沉积物分布的方法，其特征在于，所述映射关系包括时间-压力的关系变化曲线。

11.一种检测管道沉积物分布的系统，其特征在于，包括：

压力检测模块，用于从入射波在指定的管道段内被激发出时开始，在预设时间段内获取所述管道段内的检测点处的流体压力数据；

图形生成模块，用于确定所述流体压力数据中的压力值与对应采样时间间的映射关系；

参数获取模块，根据所述映射关系，获取所述入射波在所述检测点处的到达时间和强度，所述入射波在所述管道段内反射形成的增压波在所述检测点处的到达时间和强度，以及所述入射波在所述管道段内反射形成的减压波在所述检测点处的到达时间；

第一处理模块，用于根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度；

第二处理模块，用于根据所述增压波和所述减压波的到达时间确定所述沉积物的长度；

第三处理模块，根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围；

第四处理模块，根据所述沉积物距离所述检测点的长度、所述沉积物的长度以及所述堵塞系数范围，确定所述沉积物在所述管道段内分布情况。

12.一种计算机储存介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

从入射波在指定的管道段内被激发出时开始，在预设时间段内获取所述管道段内的检测点处的流体压力数据；

确定所述流体压力数据中的压力值与对应采样时间间的映射关系；

根据所述映射关系，获取所述入射波在所述检测点处的到达时间和强度，所述入射波在所述管道段内反射形成的增压波在所述检测点处的到达时间和强度，以及所述入射波在所述管道段内反射形成的减压波在所述检测点处的到达时间；

根据所述入射波的到达时间及所述增压波的到达时间，确定所述管道段内的沉积物距离所述检测点的长度；根据所述增压波的到达时间及所述减压波的到达时间，确定所述沉积物的长度；

根据所述入射波在所述检测点处的强度、所述增压波在所述检测点处的强度以及所述沉积物距离所述检测点的长度，确定所述管道段的堵塞系数范围；

根据所述沉积物距离所述检测点的长度、所述沉积物的长度以及所述堵塞系数范围，进一步更加准确地确定所述沉积物在所述管道段内分布情况。