CN112377820B - 一种根据负压波斜率变化定位燃气泄漏点的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种根据负压波斜率变化定位燃气泄漏点的方法，通过在燃气管道上设置压力监测装置，监测各点的压力值，并通过拟合出压力信号曲线，分析曲线斜率的变化来确定泄漏点位置，并能计算出泄漏量。其解决了现有燃气管网泄漏采用人工巡检的方式监测，安全可靠性差、人力和时间成本均较高的技术问题。本发明可广泛应用于燃气管网安全监测系统中。

Description

一种根据负压波斜率变化定位燃气泄漏点的方法
技术领域
本发明涉及一种燃气管网泄漏检测的方法，特别是涉及一种根据负压波斜率变化定位燃气泄漏点的方法。
背景技术
天燃气是人类最重要的清洁能源之一，随着探明储量的增加与开采技术的进步，天然气的使用也越来越普及。天然气易燃易爆，同时又是温室效应气体，所以，建立实时的泄漏监测系统与泄漏预警机制，既具有重要的安全意义，也是环境保护的迫切需要。
我国燃气中压管网的压力范围为200kpa--700Kpa，一旦发生泄漏都属于声速流的对流泄漏，泄漏量较大，给社会安定和人民的生命财产造成极大的损坏。
目前，燃气管网的泄漏监测主要采用人工巡检的方式，巡检频率较低，容易造成泄漏发现不及时，安全可靠性差，并且人工巡检需要耗费大量的人力和时间，成本较高。
发明内容
本发明针对现有燃气管网泄漏采用人工巡检的方式监测，安全可靠性差、人力和时间成本均较高的技术问题，提供一种可以实时监测、较少人工参与、安全可靠性高、成本较低的根据负压波斜率变化定位燃气泄漏点的方法。
为此，本发明的技术方案是，一种根据负压波斜率变化定位燃气泄漏点的方法，具体步骤为：
(1)在一段燃气管道上设置N个监测点，取所述监测点一侧的v*1s作为受控体，其中v为声速，监测点处的最小静压力为p1，监测点处的最大静压力为p2，在0～1s的时间窗口内捕捉受控体的静压力信号，用最小二乘法拟合出压力信号曲线并得到该曲线的斜率；
(2)所述燃气管道上任意依次设置A、B、C、D、E、F监测点，监测所述监测点各点的信号强度，假设在C、D之间发生了一个泄漏，设泄漏点为a点，已知各点之间的距离，测得各点信号强度，计算出各点斜率依次为KA、KB、KC、KD、KE、KF，
泄漏点a左侧平均衰减率为：
Figure GDA0003706651230000021
其中，BC为监测点B到C的距离，AC为监测点A到C的距离；
泄漏点a右侧平均衰减率为：
Figure GDA0003706651230000022
其中，DE为监测点D到E的距离，DF为监测点D到F的距离，
结合各点之间的距离，推算出泄漏点的具体位置。
优选的，设泄漏点a到监测点C的距离为L，a点的斜率为Ka，则如下两式成立：
Figure GDA0003706651230000023
Figure GDA0003706651230000024
由以上两式求解得到L值。
本发明有益效果是：
(1)由于燃气中压管网的压力范围为200kpa—700Kpa，一旦发生泄漏都属于声速流的对流泄漏，通过对燃气中压管道中多点压力进行监测，根据监测值拟合压力信号曲线，根据压力信号曲线的斜率可以初步判断泄漏点的大概位置，可以及时的锁定泄漏管道段，实现快速响应；
(2)根据泄漏点两侧管道段的平均衰减率推算出泄漏点的衰减率，进一步确定泄漏点的具体位置，全过程无需人工干预，监测结果可靠，效率高，可以及时的将泄漏点信息传达至监控平台，及时进行检修等安全举措，可以极大限度的降低事故发生率。
附图说明
图1是本发明实施例的管道布局示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
如图1所示，在中压燃气管道上依次设置压力变送器A、压力变送器B、压力变送器C、压力变送器D、压力变送器E、压力变送器F。
流体质点的加速度等于速度对时间的变化率，对于一维流动来说，在欧拉法中质点加速度公式为：
Figure GDA0003706651230000031
其中，a为质点加速度；u为受体单元的速度；
Figure GDA0003706651230000032
为哈密顿算符；
在欧拉法中质点的加速度
Figure GDA0003706651230000033
由两部分组成：
Figure GDA0003706651230000034
为固定空间点，由速度随时间变化引起的加速度，称为当地加速度或时变加速度，由流场的不恒定性引起；
Figure GDA0003706651230000035
为同一时刻，由流场的空间位置变化引起的加速度，称为迁移加速度或位变加速度，由流场的不均匀性引起。
在燃气管网泄漏监测过程中，当流动与泄漏未达到平衡时，质点加速度由当地加速度和迁移加速度两部分组成，即
Figure GDA0003706651230000036
(u为受体单元的速度)；当流动与泄漏达到平衡以后，质点加速度仅由迁移加速度组成，即
Figure GDA0003706651230000037
假设管道面积为S1，泄漏口面积为S2，管道内质点的定向运动速度为v1，声速为v，则S1*v1＝S2*v，当S1远大于S2时，v1远小于v，可以近似的认为v-v1约等于v，所以取v*1s作受控体对泄漏现象进行研究是合适的。
一种根据负压波斜率变化定位燃气泄漏点的方法，取监测点一侧的v*1s作为受控体，对泄漏与流动达到平衡前的运动状态分析如下：当发生泄漏时，受控体在迁移加速度的作用下，失去部分质量，导致受控体内部静压力减小，因此受控体的内部静压力会从泄漏点开始向端部传播，泄漏点处的静压力则呈线性逐渐下降，当端部静压力开始下降时，泄漏点处的当地加速度与质点的运动速度都达到最大值，泄漏点处的静压力达到最小值。设监测点处的最小静压力为p1；约1s后，端部静压力达到最小，监测点的静压力达到最大峰值，设此时监测点的最大静压力为p2。
从监测点处最小静压力p1到最大静压力p2的变化过程中，会以一维平面波的形式，沿着管道向两端传播，传播方程为：
Figure GDA0003706651230000041
即某点在某时的压力是一定的，确定的位移与时间，对应着确定的波动压力，如果介质绝压不变，当地的压力变化量即是波动压力的变化量。波动在传播过程中能量会不断衰减，能量与幅值的平方成正比，所以幅值也会不断衰减，直至最后消失。其中：p：管道的静压力；x:静压力延管道移动的位移；t:静压力延管道移动一定位移所需时间；v：声速。
用长度为以0.5s的时间窗口去捕捉p1-p2信号，用最小二乘法拟合出信号曲线并得到曲线的斜率。设一定范围内的能量的沿程损失保持不变，则该信号的曲线斜率会随着传播距离的增加逐渐减小，幅值减小的平方根差与传播距离之间成线性关系。
设A、B、C、D、E、F为一段管道，在C、D之间发生了一个泄漏，设泄漏点为a，则C、D两点测得的信号最强，斜率也最大；已知各点之间的距离，测得各点信号强度，计算出各点斜率分别为KA、KB、KC、KD、KE、KF，泄漏点左侧平均衰减率为：
Figure GDA0003706651230000051
泄漏点右侧平均衰减率为：
Figure GDA0003706651230000052
设a点距离C点的距离为L，a点的斜率为Ka，则如下两式成立：
Figure GDA0003706651230000053
Figure GDA0003706651230000054
解得L及Ka，得到泄漏点。
设管道容积为V，泄漏量可以通过下式计算：
Figure GDA0003706651230000055
其中，Ka为泄漏点斜率；V为管道容积；p为泄漏点两侧监测点处压力的平均值。
以实际测试地点山东省威海市海景花园为例，已知各点之间的距离，AC＝3km，BC＝1km，DF＝5km，DE＝3km，CD＝6km，采集的各点在同一时刻的压力信号强度分别为PA1＝102593.13Pa，PB1＝102562.15Pa，PC1＝102550.10Pa，PD1＝102570.23Pa，PE1＝102552.33Pa，PF1＝102546.16Pa，在1s单位时间之后，采集的各点在同一时刻的压力信号强度分别为PA2＝102592.02Pa，PB2＝102560.43Pa，PC2＝102548.15Pa，PD2＝102568.13Pa，PE2＝102551.18Pa，PF2＝102545.15Pa，计算出各点斜率分别为KA＝1.11Pa/s、KB＝1.72Pa/s、KC＝1.95Pa/s、KD＝2.10Pa/s、KE＝1.15Pa/s、KF＝1.01Pa/s，
泄漏点左侧平均衰减率为：
Figure GDA0003706651230000061
泄漏点右侧平均衰减率为：
Figure GDA0003706651230000062
设a点距离C点的距离为L，a点的斜率为Ka，则如下两式成立：
Figure GDA0003706651230000063
代入数值后得：Ka＝2.57，L＝3.35km，即泄漏点在CD段的距离C点3.35km处。
由于燃气中压管网的压力范围为200kpa—700Kpa，一旦发生泄漏都属于声速流的对流泄漏，通过对燃气中压管道中多点压力进行监测，根据监测值拟合压力信号曲线，根据压力信号曲线的斜率可以初步判断泄漏点的大概位置，可以及时的锁定泄漏管道段，实现快速响应；根据泄漏点两侧管道段的平均衰减率推算出泄漏点的衰减率，进一步确定泄漏点的具体位置，全过程无需人工干预，监测结果可靠，效率高，可以及时的将泄漏点信息传达至监控平台，及时进行检修等安全举措，可以极大限度的降低事故发生率。
该方法计算简单，实施方便，成本较低，可以广泛应用于燃气管道的安全监测中。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

Claims (2)

1.一种根据负压波斜率变化定位燃气泄漏点的方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)在一段燃气管道上设置N个监测点，取所述监测点一侧的v*1s作为受控体，其中v为声速，监测点处的最小静压力为p1，监测点处的最大静压力为p2，在0～1s的时间窗口内捕捉受控体的静压力信号，用最小二乘法拟合出压力信号曲线并得到该曲线的斜率；
(2)所述燃气管道上任意依次设置A、B、C、D、E、F监测点，监测所述监测点各点的信号强度，假设在C、D之间发生了一个泄漏，设泄漏点为a点，已知各点之间的距离，测得各点信号强度，计算出各点斜率依次为KA、KB、KC、KD、KE、KF，
泄漏点a左侧平均衰减率为：
Figure FDA0003706651220000011
其中，BC为监测点B到C的距离，AC为监测点A到C的距离；
泄漏点a右侧平均衰减率为：
Figure FDA0003706651220000012
其中，DE为监测点D到E的距离，DF为监测点D到F的距离；
结合各点之间的距离，推算出泄漏点的具体位置。
2.根据权利要求1所述的根据负压波斜率变化定位燃气泄漏点的方法，其特征在于，设泄漏点a到监测点C的距离为L，a点的斜率为Ka，则如下两式成立：
Figure FDA0003706651220000013
Figure FDA0003706651220000014
由以上两式求解得到L值。
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