CN110131594A - 一种基于超声波波速变化的泄漏定位方法 - Google Patents

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郎宪明
郭颖
高文帅
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    • F17D5/00—Protection or supervision of installations
    • F17D5/02—Preventing, monitoring, or locating loss
    • F17D5/06—Preventing, monitoring, or locating loss using electric or acoustic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2807—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes

Abstract

本发明公开了一种基于超声波波速变化的泄漏定位方法，包括以下步骤：建立待测输油管道基于超声波波变化的泄漏定位公式；在待测输油管道首末站安装超声波波速传感器并采集超声波波速信号；确定泄漏点至管道首末站超声波波速传感器的负压波波速；将超声波波速传感器采集的波速信号进行小波消噪；将小波消噪后的管道首末站的超声波波速信号分别与管道正常工况下的首末站超声波波速信号进行差值运算；将管道首末站的超声波波速信号变化量与负压波波速带入基于超声波波速变化的泄漏定位公式，进行泄漏点定位。本发明提供一种基于超声波波速变化的泄漏定位方法，其避免了必须利用泄漏声波达到管道首末站的时间差进行泄漏点定位的问题，同时其在对管道泄漏点定位时，利用管道首末站超声波波速变化量进行泄漏点定位，在管道上无损安装，提高了利用超声波传感器进行泄漏检测的可行性和适用性。

Description

一种基于超声波波速变化的泄漏定位方法
技术领域:
本发明属于输油管道超声波泄漏监测技术领域，尤其涉及一种基于超声波波速变化的泄漏定位方法。
背景技术:
目前用于输油管道的泄漏监测方法有很多种，其中，超声波泄漏检测法与传统的负压波法、流量平衡法、瞬态模型法等相比具有很多优点：如不用在管道上开孔、管道现场施工方便、泄漏点定位精度高、误报率低；测量的是管道首末站超声波波速变化量，无损检测，不破坏管道内部压力分布。
针对输油管道的泄漏检测与定位技术研究中，目前研究主要集中在管道首末站安装传感器，利用负压波或次声波达到管道首末站的时间差进行泄漏点定位。国内外研究人员多数是采用负压波或次声波方法进行信号消噪及泄漏声波传播速度改进，以及提高泄漏声波达到管道首末站的时间差进行研究的。
现有的专利很少涉及基于超声波波速变化的泄漏定位方法，对泄漏定位的实现较多的是根据管道首末站的传感器，进行泄漏信号的提取。具体表现为：在管道首末站安装传感器，测量泄漏声波达到管道首末站的时间差，从而进行泄漏点定位，安装压力变送器或次声波传感器需要利用管道原有接口或者在管道上打孔安装，这无形增加了管道运行的安全风险，降低了负压波法及次声波法的使用范围。
发明内容:
为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种基于超声波波速变化的泄漏定位方法，其避免了必须利用泄漏声波达到管道首末站的时间差的问题，同时其在对管道泄漏点定位时，利用超声波波速变化的差值进行泄漏点定位，在管道上无损安装，提高了利用超声波进行泄漏检测的可行性和适用性。
为了实现上述功能，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于超声波波速变化的泄漏定位方法，包括如下步骤：
步骤一：建立待测输油管道基于超声波波变化的泄漏定位公式；
步骤二：在待测输油管道首末站安装超声波波速传感器并采集超声波波速信号；
步骤三：确定泄漏点至管道首末站超声波波速传感器的负压波波速；
步骤四：将超声波波速传感器采集的波速信号进行小波消噪；
步骤五：将小波消噪后的管道首末站的超声波波速信号分别与管道正常工况下的首末站超声波波速信号进行差值运算；
步骤六：将管道首末站的超声波波速信号变化量与负压波波速带入基于超声波波速变化的泄漏定位公式，进行泄漏点定位。
进一步地，在步骤三中，由负压波波速计算公式可知，K为介质体积弹性系数，Pa；ρ为介质的密度，kg/m3；E为管道材质的弹性模量，Pa；D为管道直径，mm；C为与刊约束条件相关的修正系数；e为管壁厚度，mm。负压波波速的计算可根据管道实际的情况进行计算。
进一步地，在步骤一中，基于超声波波速变化的泄漏定位公式为：
其中，x是泄漏位置距离管道首站的距离，管道首末站超声波波速传感器之间距离为L，管道首站超声波波速变化值为Δac0，管道末站超声波波速变化值为及根据管道实际情况确定负压波波速a、流体流速v和摩擦因子f。
进一步地，管道首末站的超声波波速传感器之间有一定距离。
进一步地，管道首站超声波波速变化值是指泄漏发生时，正常工况下的首站超声波波速与泄漏工况下的首站超声波波速之差。管道末站超声波波速变化值是指泄漏发生时，正常工况下的末站超声波波速与泄漏工况下的末站超声波波速之差。
本发明的有益效果是：方法简单，易于实现，避免了必须利用泄漏声波达到管道首末站的时间差进行泄漏点定位的问题。本发明在对管道泄漏点定位时，利用管道首末站超声波波速变化量进行泄漏点定位，在管道上无损安装，提高了利用超声波传感器进行泄漏检测的可行性和适用性。
附图说明:
图1是本发明基于超声波波速变化的泄漏定位方法的步骤示意图；
图2是本发明基于超声波波速变化的泄漏定位方法的原理示意图；
图3是本发明超声波波速信号的消噪信号曲线；
图4是本发明泄漏发生时，首站超声波波速信号变化量曲线；
图5是本发明泄漏发生时，末站超声波波速信号变化量曲线。
具体实施方式:
下面结合附图及具体实施方式对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明提供的基于超声波波速变化的泄漏定位方法，包括如下步骤：
步骤一S101：建立待测输油管道基于超声波波变化的泄漏定位公式；
步骤二S102：在待测输油管道首末站安装超声波波速传感器并采集超声波波速信号；
步骤三S103：确定泄漏点至管道首末站超声波波速传感器的负压波波速；
步骤四S104：将超声波波速传感器采集的波速信号进行小波消噪；
步骤五S105：将小波消噪后的管道首末站的超声波波速信号分别与管道正常工况下的首末站超声波波速信号进行差值运算；
步骤六S106：将管道首末站的超声波波速信号变化量与负压波波速带入基于超声波波速变化的泄漏定位公式，进行泄漏点定位。
如图2所示，本发明提供的基于超声波波速变化的泄漏定位方法，具体流程为：
在输油管道上某点发生泄漏，管道首末站超声波波速传感器之间距离为L，管道首站超声波波速变化值为Δac0，管道末站超声波波速变化值为及根据管道实际情况确定负压波波速a、流体流速v和摩擦因子f，则可根据泄漏点定位公式：可计算得到泄漏点距离管道首站的距离。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种基于超声波波速变化的泄漏定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：建立待测输油管道基于超声波波变化的泄漏定位公式；
步骤二：在待测输油管道首末站安装超声波波速传感器并采集超声波波速信号；
步骤三：确定泄漏点至管道首末站超声波波速传感器的负压波波速；
步骤四：将超声波波速传感器采集的波速信号进行小波消噪；
步骤五：将小波消噪后的管道首末站的超声波波速信号分别与管道正常工况下的首末站超声波波速信号进行差值运算；
步骤六：将管道首末站的超声波波速信号变化量与负压波波速带入基于超声波波速变化的泄漏定位公式，进行泄漏点定位。
2.如权利要求1所述的基于超声波波速变化的泄漏定位方法，其特征在于，在步骤三中，由负压波波速计算公式可知，K为介质体积弹性系数，Pa；ρ为介质的密度，kg/m3；E为管道材质的弹性模量，Pa；D为管道直径，mm；C为与刊约束条件相关的修正系数；e为管壁厚度，mm。负压波波速的计算可根据管道实际的情况进行计算。
3.如权利要求1所述的基于超声波波速变化的泄漏定位方法，其特征在于，在步骤一中，基于超声波波速变化的泄漏定位公式为：
其中，x是泄漏位置距离管道首站的距离，管道首末站超声波波速传感器之间距离为L，管道首站超声波波速变化值为Δac0，管道末站超声波波速变化值为及根据管道实际情况确定负压波波速a、流体流速v和摩擦因子f。
4.如权利要求3所述的基于超声波波速变化的泄漏定位方法，其特征在于，管道首末站超声波波速传感器之间具有一定距离。
5.如权利要求3所述的基于超声波波速变化的泄漏定位方法，其特征在于，管道首站超声波波速变化值是指泄漏发生时，正常工况下的首站超声波波速与泄漏工况下的首站超声波波速之差。管道末站超声波波速变化值是指泄漏发生时，正常工况下的末站超声波波速与泄漏工况下的末站超声波波速之差。
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