專利名稱：基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于信號檢測和分析技術(shù)領域，涉及一種在線檢測方法，特別涉及一種基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法。
背景技術(shù)：
油氣管道發(fā)生泄漏時，由于管道內(nèi)外的壓力差，泄漏點因流體(或氣體)介質(zhì)損失而引起局部流體密度減小，出現(xiàn)瞬間壓力下降，緊鄰泄漏點的高壓流體分別從上下游兩個方向迅速向低壓的泄漏區(qū)填充，又引起泄漏點相鄰區(qū)域的壓力降低，重復這個過程，就產(chǎn)生了沿管道分別向上下游傳播的瞬態(tài)負壓波。
在管道兩端分別安裝壓力傳感器捕捉瞬態(tài)負壓波信號。泄漏位置不同，負壓波向上下游傳播的距離不同，到達管道兩端的時間差也不同，因此可以根據(jù)負壓波的傳播速度和到達管道兩端的時間差來確定泄漏點的位置。負壓波法檢測管道泄漏的核心是負壓波信號的識別。
識別負壓波的方法很多，有時間序列分析法、殘差法、長桿統(tǒng)計法、相關分析法和小波變換分析法等。時間序列分析法是系統(tǒng)實時對管道兩端壓力梯度信號的時間序列進行分析，根據(jù)一定的策略和設定的閾值進行預警和故障報警。時間序列分析法檢測泄漏的優(yōu)點是速度快、靈敏度高，缺點是不能對泄漏定位，常作為泄漏檢測的輔助手段?；贙ullback信息測度的泄漏檢測方法是一種典型的時間序列分析法。相關分析法是通過計算管道兩端壓力變化信號的相關函數(shù)來檢測和定位泄漏。管道兩端的負壓波來自同一個泄漏源，具有相關性。沒有泄漏時，兩端壓力變化信號的相關函數(shù)很小或等于零；有泄漏時，相關函數(shù)會明顯增大。相關分析法的優(yōu)點是簡單實用、準確靈敏、計算量小，已被廣泛使用。小波變換分析法是根據(jù)小波變換原理，用小波分析工具對信號進行變換，多尺度對信號進行分析。小波變換具有在時頻域中觀察信號局部特征的能力，可以在細節(jié)上觀察管道壓力變化，凸顯突變點(壓力下降沿)，確定負壓波到達的時間。另外，也可以利用小波工具先對負壓波信號進行分解，然后在細節(jié)上利用相關分析法對管道兩端的負壓波進行相關分析，提高泄露檢測的可靠性和定位精度。
不僅管道泄漏產(chǎn)生負壓波，泵站的正常操作(如開泵、停泵、調(diào)泵、切換閥門、中間支線管道調(diào)節(jié)等)也會產(chǎn)生負壓波，因此有效識別并消除泵站操作產(chǎn)生的負壓波的干擾是負壓波法檢測管道泄漏面臨的一個難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提出一種基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)思路是，在油氣管道的每一個端口，各按一定間距安裝兩個壓力檢測模塊，用于采集在管道內(nèi)傳播的負壓波；計算機接收各壓力檢測模塊輸出的負壓波信號，并根據(jù)各端口兩個壓力檢測模塊的輸出信號，生成兩個新的特征信號，以判定該端口的負壓波是來自管道方向還是泵站方向；當所有端口的負壓波均是來自管道方向且彼此相關時，計算機判定管道發(fā)生了泄漏，用相關系數(shù)表示泄漏估計的置信度，并根據(jù)負壓波到達各端口的時間差估計泄漏的位置。上述檢測方法既適用于單入口單出口管道泄漏的在線檢測，也適用于帶支線多端口管道泄漏的在線檢測，并且能夠有效識別和消除泵站操作產(chǎn)生的負壓波的干擾。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，包括以下步驟1)在油氣管道的每一個端口，各按照一定間距安裝兩個壓力檢測模塊，用于采集在管道內(nèi)傳播的負壓波；2)各壓力檢測模塊和計算機相連，將采集的在管道內(nèi)傳播的負壓波信號送給計算機進行分析和融合；3)根據(jù)各端口壓力檢測模塊輸出的負壓波信號，計算機分別為每一個端口生成兩個新的特征信號，用于判斷各端口的負壓波是來自管道方向還是泵站方向；4)當油氣管道所有端口的負壓波均是來自管道方向且彼此相關時，計算機判定管道發(fā)生了泄漏，用相關系數(shù)表示泄漏估計的置信度，并根據(jù)負壓波到達管道各端口的時間差估計泄漏點的位置。
所述的壓力檢測模塊包括壓力傳感器、放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器等單元；管道內(nèi)的壓力信號經(jīng)壓力傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換和微處理器處理后，結(jié)果送給計算機；計算機首先對管道各端口的兩個壓力檢測模塊送過來的數(shù)據(jù)進行分析和融合，確定是否包含負壓波信號及其方向；然后再將所有端口的處理結(jié)果進行分析和融合，判斷管道是否發(fā)生了泄露及泄露點的位置。
所述管道可以是石油管道，也可以是天然氣管道，還可以是輸送其它流體或氣體介質(zhì)的管道。
本發(fā)明所述的管道泄漏檢測方法不僅適用于單入口單出口管道泄漏的在線檢測，還適用于帶支線多端口管道泄漏的在線檢測，并且能夠有效識別和消除泵站操作產(chǎn)生的負壓波的干擾。


圖1是本發(fā)明的第一實施例的系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明的第二實施例的系統(tǒng)框圖。
下面結(jié)合附圖和發(fā)明人依技術(shù)方案所完成的實施例，對本發(fā)明的原理作進一步的詳細描述，本發(fā)明不限于這些實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，包括以下步驟1)在油氣管道的每一個端口，各按照一定間距安裝兩個壓力檢測模塊，分別用于檢測端口附近管道內(nèi)的壓力變化，并采集在管道內(nèi)傳播的負壓波；油氣管道發(fā)生泄漏時，由于管道內(nèi)外的壓力差，泄漏點因流體(或氣體)介質(zhì)損失而引起局部流體密度減小，出現(xiàn)瞬間壓力下降，產(chǎn)生沿管道分別向上下游傳播的瞬態(tài)負壓波；另外泵站的正常操作也會產(chǎn)生沿管道傳播的負壓波。在油氣管道每一個端口附近的管道管壁上，各按照一定間距安裝兩個壓力檢測模塊，用于檢測各端口管道內(nèi)的壓力變化，并采集在管道內(nèi)傳播的負壓波。
2)各壓力檢測模塊和計算機相連，將采集的在管道內(nèi)傳播的負壓波信號送給計算機進行分析和融合；壓力檢測模塊包括壓力傳感器、放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器等單元。壓力傳感器安裝在管壁上，將管道內(nèi)的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出到放大器；信號經(jīng)放大器放大后輸出到低通濾波器；低通濾波器的輸出端接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器；微處理器對模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)進行歸一化處理后送到計算機進行數(shù)據(jù)分析和融合。
3)根據(jù)各端口壓力檢測模塊輸出的信號，計算機分別為每一個端口生成兩個新的特征信號，用于判斷各端口的負壓波是來自管道方向還是泵站方向；由于在管道的每一個端口，兩個壓力檢測模塊采集的是同一管道相鄰位置的壓力信號，因此兩個壓力檢測模塊的輸出信號相關；同時由于兩個壓力檢測模塊之間存在一定的距離，沿管道傳播的負壓波經(jīng)過它們的時間不同，因此可以根據(jù)兩個壓力檢測模塊檢測到負壓波時間的先后順序確定負壓波的傳播方向，即負壓波是來自泵站方向還是來自管道方向。
4)計算機根據(jù)管道所有端口檢測到負壓波的時間和方向，判斷管道是否發(fā)生了泄露及其位置；如果在管道各端口檢測到的是經(jīng)過不同傳播路徑的同一泄露(或泵站操作)產(chǎn)生的負壓波，則各壓力檢測模塊的輸出信號彼此相關。當且僅當只有所有端口檢測到的負壓波信號均是來自管道方向，且彼此相關時，計算機判定管道發(fā)生了泄露，并根據(jù)在各端口檢測到負壓波的時間確定泄露點的位置。
在油氣管道每一個端口附近的管壁上，各按照一定間距安裝了兩個壓力檢測模塊；每一個壓力檢測模塊包括壓力傳感器、放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器等單元。壓力傳感器安裝在管壁上，將管道內(nèi)的壓力信號轉(zhuǎn)放成電信號輸出到放大器；信號經(jīng)放大器放大后輸出到低通濾波器；低通濾波器的輸出端接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器；微處理器對模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)進行歸一化處理后送到計算機進行數(shù)據(jù)分析和融合；位于管道同一個端口的兩個壓力檢測模塊可以分別設置模數(shù)轉(zhuǎn)換和微處理器單元，也可以共享一組模數(shù)轉(zhuǎn)換和微處理器單元；各壓力檢測模塊采集在管道內(nèi)傳播的負壓波信號的采樣頻率相同，且不低于20次/秒；兩個壓力檢測模塊同時檢測同一個端口附近管道內(nèi)的壓力變化，以判斷管道內(nèi)是否有負壓波信號及其方向；當油氣管道所有端口的負壓波均是來自管道方向且彼此相關時，計算機判定管道發(fā)生了泄漏，用相關系數(shù)表示泄漏估計的置信度，并根據(jù)負壓波到達各端口的時間估計泄漏點的位置；對于單入口單出口管道，根據(jù)兩個端口的負壓波的傳播方向，計算機判斷管道是否發(fā)生了泄露；根據(jù)在管道兩個端口檢測到負壓波的時間差和負壓波沿管道傳播的速度以及管道內(nèi)介質(zhì)的流速和方向，計算機估計管道發(fā)生泄露的位置對于帶支線多端口管道，根據(jù)各端口負壓波的傳播方向，計算機判斷管道是否發(fā)生了泄露；對于任意兩個端口，根據(jù)負壓波到達這兩個端口的時間差，以及負壓波在這兩個端口之間管道內(nèi)的傳播速度和介質(zhì)的流速及方向，計算機確定一個位置；這個位置或者是管道發(fā)生泄露的位置，或者是管道與支線管道連接點的位置。
以下是發(fā)明人給出的實施例參見圖1，圖1是本發(fā)明的第一實施例的系統(tǒng)框圖，該實施例中管道1是單入口單出口的管道，輸送的介質(zhì)從始站21流向末站22。
在始站21附近管道1輸入端11的管壁上，按照一定間距安裝了壓力檢測模塊111和壓力檢測模塊112。壓力檢測模塊111和112的輸出分別是管道1輸入端11附近兩個相鄰位置處的壓力信號經(jīng)調(diào)理放大后以相同采樣速率和精度轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號序列Pi1(n)和Pi2(n)。
在末站22附近管道1輸出端12的管壁上，按照一定間距安裝了壓力檢測模塊121和壓力檢測模塊122。壓力檢測模塊121和122的輸出分別是管道1輸出端12附近兩個相鄰位置處的壓力信號經(jīng)調(diào)理放大后以相同采樣速率和精度轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號序列Po1(n)和Po2(n)。
壓力檢測模塊111和112以及121和122中的信號采樣速率均為f；負壓波在壓力檢測模塊111和112安裝位置之間管道內(nèi)的傳播時間為Ti，壓力檢測模塊111和112采集同一個負壓波輸出的數(shù)字信號序列Pi1(n)和Pi2(n)之間的延遲等于ΔniΔni＝Ti×f (1)負壓波在壓力檢測模塊121和122安裝位置之間管道內(nèi)的傳播時間為To，壓力檢測模塊121和122采集同一個負壓波輸出的數(shù)字信號序列Po1(n)和Po2(n)之間的延遲等于ΔnoΔno＝To×f(2)負壓波在管道內(nèi)的傳播速度遠大于介質(zhì)的傳輸速度，因此，介質(zhì)的傳輸速度和方向?qū)艿纼?nèi)負壓波在壓力檢測模塊安裝位置之間傳輸時間的影響很小，可以忽略。延遲Δni主要與負壓波的傳播速度、壓力檢測模塊111和112安裝位置之間的距離、以及采樣速率f有關；延遲Δno主要與負壓波的傳播速度、壓力檢測模塊121和122安裝位置之間的距離、以及采樣速率f有關。選擇合適的采樣速率f以及壓力檢測模塊111和112、121和122安裝位置之間的距離使延遲Δni和Δno是整數(shù)，并且使壓力檢測模塊111和112與121和122安裝位置之間的距離相等，從而使Δni和Δno相等。
計算機3利用壓力檢測模塊111和112輸出的數(shù)字信號序列Pi1(n)和Pi2(n)生成如下新的信號Pi(n)和Pi′(n)Pi(n)＝Pi1(n)-Pi2(n+Δni) (3)Pi′(n)＝Pi2(n)-Pi1(n+Δni)(4)Δni是常數(shù)，合成信號Pi(n)和Pi′(n)反映了管道輸入端口11處壓力信號的動態(tài)變化，并具有以下特性(1)在管道處于穩(wěn)態(tài)時，Pi1(n)和Pi2(n)基本一致，Pi(n)和Pi′(n)在能量和幅值上分別是(或接近)0；(2)對于來自上游泵站21操作產(chǎn)生的負壓波，Pi′(n)是該負壓波的差分信號，Pi(n)在能量和幅值上是(或接近)0；(3)對于來自管道1方向的負壓波，Pi(n)是該負壓波的差分信號；Pi′(n)在能量和幅值上是(或接近)0。
合成信號Pi(n)和Pi′(n)可以作為判斷輸入端11附近管道內(nèi)傳播的負壓波是來自管道1方向還是來自上游泵站21方向的特征信號。
計算機3利用壓力檢測模塊121和122輸出的數(shù)字信號序列Po1(n)和Po2(n)生成如下新的信號Po(n)和Po′(n)Po(n)＝Po1(n)-Po2(n+Δno) (5)Po′(n)＝Po2(n)-Po1(n+Δno) (6)Δno是常數(shù)，合成信號Po(n)和Po′(n)反映管道輸出端口12處壓力信號的動態(tài)變化，并具有以下特性(1)在管道處于穩(wěn)態(tài)時，Po1(n)和Po2(n)基本一致，Po(n)和Po′(n)在能量和幅值上分別是(或接近)0；(2)對于來自下游泵站22操作產(chǎn)生的負壓波，Po′(n)是該負壓波的差分信號，Po(n)在能量和幅值上分別是(或接近)0；(3)對于來自管道1方向的負壓波，Po(n)是該負壓波的差分信號，Po′(n)在能量和幅值上分別是(或接近)0；合成信號Po(n)和Po′(n)可以作為判斷輸出端12附近管道內(nèi)傳播的負壓波是來自管道1方向還是來自下游泵站22方向的特征信號。
利用管道輸入端口11處的特征信號Pi(n)和Pi′(n)，以及管道輸出端口12處的特征信號Po(n)和Po′(n)，計算機3對管道內(nèi)傳播的負壓波進行分類1)上游泵站操作產(chǎn)生的負壓波上游泵站21操作產(chǎn)生的負壓波沿管道1向下游傳播。
在管道1輸入端口11處，壓力檢測模塊111和112采集到該負壓波，輸出數(shù)字信號序列Pi1(n)和Pi2(n)。計算機3利用Pi1(n)和Pi2(n)生成的特征信號Pi′(n)是該負壓波的差分信號。
在管道1輸出端口12處，壓力檢測模塊121和122采集到該負壓波，輸出數(shù)字信號序列Po1(n)和Po2(n)。計算機3利用Po1(n)和Po2(n)生成的特征信號Po(n)是該負壓波的差分信號。
因此，特征信號Pi′(n)和Po(n)均是上游泵站21操作產(chǎn)生的負壓波的差分信號。并且，負壓波沿管道1向下游傳播，從管道1輸入端口11處到輸出端口12處的時間為T，特征信號Po(n)比Pi′(n)延遲了ΔnLΔnL＝T×f (7)Po(n+ΔnL)與Pi′(n)相關。
上游泵站21操作產(chǎn)生的負壓波的識別方法如下如果在幅值和能量上，特征信號Pi′(n)遠大于Pi(n)，Po(n)遠大于Pi′(n)，并且Po(n+ΔnL)與Pi′(n)的相關系數(shù)最大，則計算機3判定該負壓波是上游泵站21操作產(chǎn)生的負壓波，置信概率為Po(n+ΔnL)與Pi′(n)的歸一化相關系數(shù)。
2)下游泵站22操作產(chǎn)生的負壓波下游泵站22操作產(chǎn)生的負壓波沿管道1向上游傳播。
在管道1輸出端口12處，壓力檢測模塊121和122采集到該負壓波，輸出數(shù)字信號序列Po1(n)和Po2(n)。計算機3利用Po1(n)和Po2(n)生成的特征信號Po′(n)是該負壓波的差分信號。
在管道1輸入端口11處，壓力檢測模塊111和112采集到該負壓波，輸出數(shù)字信號序列Pi1(n)和Pi2(n)。計算機3利用Pi1(n)和Pi2(n)生成的特征信號Pi(n)是該負壓波的差分信號。
因此，特征信號Po′(n)和Pi(n)均是下游泵站22操作產(chǎn)生的負壓波的差分信號。并且，負壓波沿管道1向上游傳播，從管道1輸出端口12處到輸入端口11處的時間為T′，合成信號Pi(n)比Po′(n)延遲了ΔnL′ΔnL′＝T′×f (8)
Pi(n+ΔnL′)與Po′(n)相關。
下游泵站22操作產(chǎn)生的負壓波的識別方法如下如果在幅值和能量上，特征信號Pi(n)遠大于Pi′(n)，Po′(n)遠大于Po(n)，并且Pi(n+ΔnL′)與Po′(n)的相關系數(shù)最大，則計算機3判定該負壓波是下游泵站22操作產(chǎn)生的負壓波，置信概率為Pi(n+ΔnL′)與Po′(n)的歸一化相關系數(shù)。
3)管道1泄漏產(chǎn)生的負壓波管道1泄漏產(chǎn)生的負壓波沿管道分別向上、下游傳播。
在管道1輸入端口11處，壓力檢測模塊111和112采集到該負壓波，輸出數(shù)字信號序列Pi1(n)和Pi2(n)。計算機3利用Pi1(n)和Po2(n)生成的特征信號Pi(n)是該負壓波的差分信號。
在管道1輸出端口12處，壓力檢測模塊121和122采集到該負壓波，輸出數(shù)字信號序列Po1(n)和Po2(n)。計算機3利用Po1(n)和Po2(n)生成的特征信號Po(n)是該負壓波的差分信號。
因此，特征信號Pi(n)和Po(n)均是管道泄漏產(chǎn)生的負壓波的差分信號。
管道1泄漏產(chǎn)生的負壓波的識別和定位方法如下如果在幅值和能量上，特征信號Pi(n)遠大于Pi′(n)，Po(n)遠大于Po′(n)，并且Pi(n+Δn)與Po(n)的相關系數(shù)最大，則計算機3判定該負壓波是管道1泄漏產(chǎn)生的負壓波，置信概率為Pi(n+Δn)與Po(n)的歸一化相關系數(shù)；泄漏的位置13距離管道1輸入端口11處的距離l等于l=L2+Δn×v02×f---(9)]]>其中L是管道1的長度，即管道1輸入端口11到輸出端口12之間的距離；V0是負壓波在管道1內(nèi)傳播的速度；f是壓力檢測模塊111和112以及121和122中的信號采樣速率。
參見圖2，圖2是本發(fā)明的第二實施例的系統(tǒng)框圖。第二實施例是在圖1所示第一實施例的基礎上，在管道1的14位置接入一條支線管道4。支線管道4將管道1中始站21輸入介質(zhì)的一部分輸送到末站II 23，另一部分仍然輸送到末站22。
在始站21附近管道1輸入端11的管壁上，按照一定間距安裝了壓力檢測模塊111和壓力檢測模塊112。壓力檢測模塊111和112的輸出分別是管道1輸入端11附近兩個相鄰位置處的壓力信號經(jīng)調(diào)理放大后以相同采樣速率和精度轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號序列Pi1(n)和Pi2(n)。
在末站22附近管道1輸出端12的管壁上，按照一定間距安裝了壓力檢測模塊121和壓力檢測模塊122。壓力檢測模塊121和122的輸出分別是管道1輸出端12附近兩個相鄰位置處的壓力信號經(jīng)調(diào)理放大后以相同采樣速率和精度轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號序列Po1(n)和Po2(n)。
在末站II 23附近支線管道4輸出端42的管壁上，按照一定間距安裝了壓力檢測模塊421和壓力檢測模塊422。壓力檢測模塊421和422的輸出分別是支線管道4輸出端42附近兩個相鄰位置處的壓力信號經(jīng)調(diào)理放大后以相同采樣速率和精度轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號序列Ps1(n)和Ps2(n)。
壓力檢測模塊111和112、121和122以及421和422中的信號采樣速率均為f。
負壓波在管道內(nèi)的傳播速度遠大于介質(zhì)的傳輸速度，因此，介質(zhì)的傳輸速度和方向?qū)艿纼?nèi)負壓波在壓力檢測模塊安裝位置之間傳輸時間的影響很小，可以忽略。對同一負壓波信號，壓力檢測模塊輸出的數(shù)字信號序列之間的延遲主要與負壓波的傳播速度、壓力檢測模塊安裝位置之間的距離、以及采樣速率f有關。
Δni是壓力檢測模塊111和112輸出的數(shù)字信號序列Pi1(n)和Pi2(n)之間的延遲；Δno是壓力檢測模塊121和122輸出的數(shù)字信號序列Po1(n)和Po2(n)之間的延遲；Δns是壓力檢測模塊421和422輸出的數(shù)字信號序列Ps1(n)和Ps2(n)之間的延遲；選擇合適的采樣速率f以及壓力檢測模塊111和112、121和122、以及421和422安裝位置之間的距離使延遲Δni、ΔNo和Δns是整數(shù)，并且使壓力檢測模塊111和112、121和122以及421和422安裝位置之間的距離相等，從而使Δni、Δno和Δns相等。
計算機3利用壓力檢測模塊421和422輸出的數(shù)字信號序列Ps1(n)和Ps(n)生成如下新的信號Ps(n)和Ps′(n)Ps(n)＝Ps1(n)-Ps2(n+Δns) (10)Ps′(n)＝Ps2(n)-Ps1(n+Δns) (11)Δns是常數(shù)，合成信號Ps(n)和Ps′(n)反映了支線管道4輸出端42處壓力信號的動態(tài)變化，并具有以下特性(1)在管道處于穩(wěn)態(tài)時，Ps(n)和Ps′(n)基本一致，Ps(n)和Ps′(n)在能量和幅值上分別是(或接近)0；(2)對于來自下游泵站23操作產(chǎn)生的負壓波，Ps′(n)是該負壓波的差分信號，Ps(n)在能量和幅值上是(或接近)0；(3)對于來自支線管道4方向的負壓波，Ps(n)是該負壓波的差分信號；Ps′(n)在能量和幅值上是(或接近)0。
合成信號Ps(n)和Ps′(n)可以作為判斷支線管道4輸出端42附近管道內(nèi)傳播的負壓波是來自支線管道4方向還是來自下游泵站23方向的特征信號。
與圖1第一實施例相同，計算機3利用壓力檢測模塊111和112輸出的數(shù)字信號序列Pi1(n)和Pi2(n)生成新的信號Pi(n)和Pi′(n)，合成信號Pi(n)和Pi′(n)可以作為判斷輸入端11附近管道內(nèi)傳播的負壓波是來自管道1方向還是來自上游泵站21方向的特征信號；利用壓力檢測模塊121和122輸出的數(shù)字信號序列Po1(n)和Po2(n)生成新的信號Po(n)和Po′(n)，合成信號Po(n)和Po′(n)可以作為判斷輸出端12附近管道內(nèi)傳播的負壓波是來自管道1方向還是來自下游泵站22方向的特征信號。
計算機3利用特征信號Pi(n)和Pi′(n)、Po(n)和Po′(n)、以及Ps(n)和Ps′(n)，判斷管道泄漏事件的規(guī)則如下如果在幅值和能量上，特征信號Pi(n)遠大于Pi′(n)，Po(n)遠大于Po′(n)，Ps(n)遠大于Ps′(n)，計算機3判定管道發(fā)生了泄漏；求Pi(n)與Po(n)的最大相關系數(shù)，并利用第一實施例公式(9)所述的泄漏定位方法，求可能發(fā)生泄漏的位置；求Po(n)與Ps(n)的最大相關系數(shù)，并利用第一實施例公式(9)所述的泄漏定位方法，求可能發(fā)生泄漏的位置；求Pi(n)與Ps(n)的最大相關系數(shù)，并利用第一實施例公式(9)所述的泄漏定位方法，求可能發(fā)生泄漏的位置；上述三個位置中，其中一個是支線管道4與管道1的連接點，另兩個的值是相同，即實際的泄漏位置。
情形1各特征信號在幅值和能量上表示各端口的負壓波均來自管道方向在管道1的位置13處發(fā)生了泄漏，三個端口11，12和42的壓力檢測模塊接收到的負壓波均是來自管道方向，特征信號Pi′(n)、Po′(n)和Ps′(n)在幅值和能量上都很小，特征信號Pi(n)、Po(n)和Ps(n)分別是傳播到不同端口的管道13處泄漏產(chǎn)生的負壓波的差分信號，源自于同一信號，它們彼此相關，計算機3利用負壓波到達各端口的時間差計算泄漏的位置。利用第一實施例公式(9)所述的泄漏定位方法，計算機3利用特征信號Pi(n)和Po(n)相關結(jié)果得到的泄漏位置是13；計算機3利用特征信號Ps(n)和Po(n)相關結(jié)果得到的泄漏位置也是13；計算機3利用特征信號Pi(n)和Ps(n)相關結(jié)果得到的位置是14；位置14是管道1與支線管道4的連接點，因此泄漏位置是13。
情形2特征信號在幅值和能量上表示負壓波來自泵站方向末站22調(diào)閥產(chǎn)生的負壓波。該負壓波首先經(jīng)過末站22附近的端口12，然后沿管道傳輸?shù)搅肆硗鈨蓚€端口11和42。
端口11和42的壓力檢測模塊接收到的是來自管道方向的負壓波，因此特征信號Pi′(n)和Ps′(n)在幅值和能量上都很??；特征信號Pi(n)和Ps(n)分別等于在端口21和42采集的來自管道方向(即來自末站22調(diào)閥產(chǎn)生)的負壓波的差分信號。特征信號Pi(n)和Ps(n)彼此相關。利用第一實施例公式(9)所述的泄漏定位方法，計算機3利用特征信號Pi(n)和Ps(n)相關結(jié)果得到泄漏位置是管道1與支線管道4的連接點14。
端口12的壓力檢測模塊接收到的是來自泵站方向的負壓波，特征信號Po′(n)等于末站22調(diào)閥產(chǎn)生的負壓波的差分信號；特征信號Po(n)在幅值和能量上都很小，接近等于0。特征信號Po(n)分別與Pi(n)和Ps(n)不相關，管道1端口12到11之間沒有泄漏點；管道1端口12到14之間以及14到支線管道4端口42之間沒有泄漏點。特征信號Po′(n)與Pi(n)、Ps(n)相關，因此負壓波來自末站22。
綜上所述，基于定向負壓波識別技術(shù)和信號相關技術(shù)改進后的管道泄漏檢測方法不僅適用于單入口單出口管道泄漏的在線檢測，還適用于帶支線多端口管道泄漏的在線檢測，并且能夠識別和消除泵站操作產(chǎn)生的負壓波的干擾，提高油氣管道泄漏監(jiān)測水平。
權(quán)利要求
1.一種基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟在油氣管道的每一個端口，各按照一定間距安裝兩個壓力檢測模塊，用于采集在管道內(nèi)傳播的負壓波；各壓力檢測模塊和計算機相連，將采集的在管道內(nèi)傳播的負壓波信號送給計算機進行分析和融合；根據(jù)各端口壓力檢測模塊輸出的信號，計算機分別為管道每一個端口生成兩個新的特征信號，用于判斷各端口的負壓波是來自管道方向還是泵站方向；和當油氣管道所有端口的負壓波均是來自管道方向且彼此相關時，計算機判定管道發(fā)生了泄漏，用相關系數(shù)表示泄漏估計的置信度，并根據(jù)負壓波到達管道各端口的時間差估計泄漏點的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，所述的油氣管道是單入口單出口的管道，或者是帶支線多端口的管道。
3.如權(quán)利要求1所述的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，所述的油氣管道每一個端口附近的管壁上，按照一定間距分別安裝兩個壓力檢測模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，所述的壓力檢測模塊包括壓力傳感器、放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器等單元。
5.如權(quán)利要求1所述的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，所述的位于管道同一個端口的兩個壓力檢測模塊分別設置模數(shù)轉(zhuǎn)換和微處理器單元，或共享一組模數(shù)轉(zhuǎn)換和微處理器單元。
6.如權(quán)利要求1所述的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，所述的壓力檢測模塊采集在管道內(nèi)傳播的負壓波信號的采樣頻率相同，且不低于20次/秒。
7.如權(quán)利要求1所述的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，所述的壓力檢測模塊和計算機相連，采集的在管道內(nèi)傳播的負壓波信號送給計算機進行分析和融合。
8.如權(quán)利要求1所述的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，所述的計算機接收各壓力檢測模塊采集的數(shù)據(jù)并進行處理，為每一個端口生成兩個新的特征信號。
9.如權(quán)利要求1所述的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，所述的計算機根據(jù)每一個端口的兩個特征信號的幅值和能量，判斷該端口的負壓波是來自管道方向還是泵站方向。
10.如權(quán)利要求1所述的基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，其特征在于，當所有端口的負壓波均是來自管道方向且彼此相關時，所述的計算機判定管道發(fā)生了泄漏，用相關系數(shù)表示泄漏估計的置信度，并根據(jù)負壓波到達各端口時間的差值估計泄漏的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于定向負壓波識別技術(shù)的油氣管道泄漏在線檢測方法，在油氣管道的每一個端口，各按一定間距裝兩個壓力檢測模塊，用于采集在管道內(nèi)傳播的負壓波，計算機接收各壓力檢測模塊輸出的負壓波信號，根據(jù)各端口兩個壓力檢測模塊的輸出信號，生成兩個新的特征信號，以判定該端口的負壓波是來自管道方向還是泵站方向，當所有端口的負壓波均是來自管道方向且彼此相關時，計算機判定管道發(fā)生了泄漏，用相關系數(shù)表示泄漏估計的置信度，并根據(jù)負壓波到達管道各端口的時間差估計泄漏的位置，適用于單入口單出口管道泄漏的在線檢測，也適用于帶支線多端口管道泄漏的在線檢測，能識別和消除泵站操作產(chǎn)生的負壓波干擾。
文檔編號F17D5/00GK101016975SQ20071005397
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者王延年, 蔣莊德, 趙則祥 申請人:鄭州大學