天然气长输管道泄漏点的检测与定位方法研究

【摘要】：作为五大运输行业之一的管道运输系统，以其环保、经济、快捷等优点，在国民经济中的地位越来越为突出。随着我国西部开发战略的实施，必将有大量的油气管道投入建设和运行。然而近些年来，由于管道的自然寿命和人为因素等的影响，管道泄漏事故频繁发生，不仅造成大量物质损失和环境污染，还带来了重大的人身伤亡事故。及时发现管道泄漏和精确确定泄漏点位置对于减少损失、维护管道安全运行显得十分重要。为将泄漏事故造成的各种危害减少到最小，需要研究泄漏检测技术，以达到更高的泄漏检测灵敏度和更准确的泄漏点定位精度。 鉴于天然气长输管道的模型受到流体特性、地势状况及管道自身的特性等诸多复杂因素的制约，难于建立其精确的数学模型，新铺设的输气管网均已配有SCADA系统，对现场各类数据有了丰富的储备等因素，同时结合我国管道输送的实际情况，并借鉴目前国际上各种泄漏检测与定位的先进方法，针对天然气长输管线泄漏故障的特点，本文提出了基于小波分析和负压波相结合的检测泄漏与定位技术。其中，主要进行了以下几方面的工作： 针对泄漏产生的负压波在管道中的传播速度受媒介的密度、压力、比热及材质等因素的影响，而非声波在空气中传播的速度，本文利用能量守恒原理，对其进行了修正；考虑到管内气体流速对压力波速的影响，对原始的负压波定位公式进行了一定程度的改进，并在利用定位公式进行泄漏点定位时采用逐步迭代逼近算法，提高了系统的定位精度； 利用小波变换的多分辨率分解和重构技术，对采集到的管道发生泄漏时产生的负压波信号进行了降噪处理；并利用小波变换技术对信号奇异点的快速、准确的识别能力，对经上述消噪后的负压波信号进行了奇异点捕捉，精确捕捉的结果提高了定位公式中上下游站点采集到的负压波奇异点的时间差△t的精度，从而进一步提高了定位的精度； 考虑到小波变换是一种基波可变的信号分析工具，也就是说，不同的小波基波对信号分析的结果将有很大差别，这势必影响最终的处理结果，因此，我们又对比分析了本课题中小波基及尺度的选择问题，依据规则性系数相似性原理对母小波的选择进行了探索性研究； 最后，还提出了基于SCADA的泄漏检测与定位系统的软件开发构想及系统的嵌入方案。 【关键词】：长输管道 泄漏检测与定位 奇异性 小波分析 负压波 MATLAB
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TP274
【目录】：

• 第一章 绪论7-18
• 1.1 管道运输的发展与现状7
• 1.2 管道运输存在的问题及自动泄漏检测与定位的必要性7-9
• 1.3 国内外泄漏检测技术发展现状9-10
• 1.4 管道泄漏检测与定位方法的基本原理与性能分析10-16
• 1.4.1 各种分类方法10-11
• 1.4.2 管道泄漏检测与定位系统的性能指标11
• 1.4.3 管道泄漏检测与定位方法11-16
• 1.5 本文主要工作和研究的意义16-18
• 1.5.1 本文主要工作16-17
• 1.5.2 本课题研究意义17-18
• 第二章 负压波法用于泄漏检测与定位的关键技术18-25
• 2.1 负压波泄漏检测与定位的原理18-19
• 2.1.1 瞬态负压波的产生机理18
• 2.1.2 负压波法泄漏检测与定位原理18-19
• 2.2 负压波法泄漏定位的关键及存在的问题19-20
• 2.3 负压波波速的改进20-23
• 2.3.1 气体压缩系数20-21
• 2.3.2 气体密度21
• 2.3.3 输气管道沿线的温度分布21-22
• 2.3.4 输气管道沿线的压力分布22-23
• 2.4 定位公式的改进23
• 2.5 循环迭代算法的提出与实现23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第三章 小波变换在长输管道泄漏检测与定位技术中的应用25-39
• 3.1 小波变换的思想来源25-26
• 3.2 小波变换的原理26-30
• 3.3 离散序列小波变换30
• 3.4 多尺度分析30-32
• 3.5 小波变换在管道泄漏定位检测中的应用32-36
• 3.5.1 利用小波技术对管道压力信号进行消噪32-34
• 3.5.2 利用小波技术捕捉负压波信号的奇异点34-36
• 3.6 小波基的选择36-37
• 3.6.1 问题的提出36
• 3.6.2 小波基波选择的原则和方法36-37
• 3.7 本章小结37-39
• 第四章 仿真实验及结果分析39-45
• 4.1 消噪的实验39
• 4.2 奇异点捕捉的实验39-40
• 4.3 小波基选择实验40-43
• 4.3.1 不同小波基波对信号分析的仿真40-41
• 4.3.2 利用GUI对信号进行分析的仿真41-42
• 4.3.3 采用db1小波对奇异信号进行不同尺度分析的仿真42-43
• 4.4 循环递推算法实现43
• 4.5 负压波波速及定位公式改进的数据分析43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 检漏与定位系统设计45-48
• 5.1 天然气管道运输系统现有的监控支持平台45-46
• 5.2 泄漏检测与定位系统的软件设计46
• 5.3 泄漏检测与定位系统的嵌入方案46-47
• 5.4 本章小结47-48
• 结论与展望48-50
• 参考文献50-53
• 致谢53-54
• 在读期间发表的论文54

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