專利名稱：一種城市燃氣埋地管道泄漏檢測定位方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種城市燃氣埋地管道泄漏檢測定位方法及其應用，尤其涉及埋地管道在不停止運行、不開挖檢查情況下泄漏檢測定位計算，屬于油氣儲運風險控制領域。
背景技術：
燃氣管網(wǎng)作為城市必不可少的基礎設施之一，近年來在很多城市有了飛速的發(fā)展，對凈化城市空氣環(huán)境、提高人民生活水平做出了很大的貢獻。然而自從管道運輸在工業(yè)中應用開始，管道泄漏一直是管道運輸中的一個難題。尤其隨著城市燃氣管網(wǎng)管齡的不斷增長，再加上施工缺陷和腐蝕，以及人為的破壞，燃氣管道泄漏常常發(fā)生。由于城市燃氣易燃、易爆和有毒的特性，其一旦發(fā)生泄漏，極易造成中毒、火災、爆炸等惡性事故，造成人員及財產(chǎn)損失。目前，我國大多數(shù)城市的燃氣管道建設于上世紀80年代改革開放初期，運行已近20年。根據(jù)建設部相關規(guī)定，管道使用20年后已進人老齡期，管道損壞泄漏隱患倍增。如果及時檢測出泄漏，并且能成功定位，就能極大的減少泄漏造成的危害。由于城市燃氣管道擔負著城市生產(chǎn)、生活用氣正常運轉，一般情況下管道運輸不能停止或被關閉。同時考慮城市交通順暢等因素，城市燃氣埋地管網(wǎng)往往被限制開挖檢測、檢查。目前對城市燃氣埋地管道的安全檢查主要以地面巡檢的方式進行，這種地面巡檢方式對管道小泄漏或緩慢泄漏難以發(fā)現(xiàn)，泄漏檢測與定位的實時性與準確性也難以得到保證。這就要求利用現(xiàn)代管道管理系統(tǒng)，發(fā)展基于現(xiàn)代檢測和分析方法的管道泄漏檢測技術，在保證城市燃氣管道不停止運輸、且不被開挖的情況下，實現(xiàn)在線實時檢測，并準確地進行泄漏點定位，以及時采取措施，從而達到預防和降低損失的目的，減少巡線人力物力的浪費。這對提高城市燃氣管網(wǎng)管線風險管理水平，減少企業(yè)的經(jīng)濟損失有重大意義。目前對城市燃氣管網(wǎng)檢測檢查的手段主要是管道人工巡檢法、便攜式儀器儀表、管內檢測器等，但由于這些方法或實時性差，或不能連續(xù)檢測，或投資費用高，或影響物料正常運輸?shù)龋陨砭嬖谳^大的缺陷。而常規(guī)無損檢測(如超聲檢測爬機、漏磁檢測爬機等)技術雖較為成熟，檢測精度較高，但這些檢測技術有著致命的弱點檢測過程為逐點掃描式，被檢測設備必須停產(chǎn)，檢測效率低，難以有效地檢測成千上萬公里的工業(yè)管道。聲發(fā)射(Acoustic Emission簡稱AE)技術是一種動態(tài)無損檢測方法,可獲取連續(xù)信號,不需要設備停產(chǎn)或縮短停產(chǎn)時間，并可以實現(xiàn)對在役管道的長距離、大范圍檢測，檢測效率很高。因此，管道聲發(fā)射缺陷檢測及相關課題的研究成為國內外無損檢測領域的一個熱點。20世紀90年代，美國PAC公司、DW公司、德國Vallen Systeme公司和中國廣州聲華公司先后開發(fā)了計算機化程度更高、體積和重量更小的第三代數(shù)字化多通道聲發(fā)射檢測分析系統(tǒng)，除能進行聲發(fā)射參數(shù)實時測量和聲發(fā)射源定位外，還可直接進行聲發(fā)射波形的觀察、顯示、記錄和頻譜分析。希臘Athanasios Anastasopoulos等成功進行了埋地管道的泄漏檢測和定位，但其實行測試的一個重要條件是被測管道必須是獨立的，即被測管段兩端被關閉，且該管段增壓至少應該是4至9標準大氣壓。檢測中，傳感器在管道上的布置點均被挖掘出一個小坑，使該布置點暴露空氣中?；粽槔寐暟l(fā)射技術對管道泄漏進行檢測，實驗證明應用泄漏聲發(fā)射信號檢測氣體和液體的泄漏是可行的，并有較高的靈敏度，但存在的問題是難于準確確定泄漏源的位置以及檢測靈敏度受噪聲影響等。清華大學王海生等利用負壓波方法，采用先進的基于小波算法對輸油管線進行泄漏檢測和定位的技術，在勝利油田“孤島-永安”和“孤島-集賢”管線上得到了應用，并取得了良好的效果。盡管對埋地管道泄漏檢測方面已有很多研究，但對于被測燃氣管道不停止運行，且可疑泄漏點或傳感器布置點不開挖情況下的研究測試還沒有明確提出。而城市燃氣管網(wǎng)遍布大街小巷，既要保證24小時生產(chǎn)、生活用氣，又要考慮為保證城市交通、市容等限制開挖管道檢查等因素，在埋地管道不停止運行、不被開挖的情況下的泄漏檢測方法及其應用是一個非常有實用價值的課題。為克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種城市燃氣埋地管道泄漏定位檢測方法。該方法綜合考慮了城市燃氣埋地管道在不停止運行、不開挖檢測坑的情況下管道所處的檢測狀態(tài)，基于聲發(fā)射技術，在實驗室試驗的基礎上，設計提出可行的的檢測方法，用于常州某燃氣公司地處市中心的鑄鐵管道進行了的在線實地檢測，初步得到兩段管道疑似泄漏點位置，經(jīng)與管道設計布置圖對照，這些泄漏點正好是管道上的接口或閥門位置，后經(jīng)現(xiàn)場開挖得到了驗證和確認。在城市燃氣管道不停運、開挖檢查被限制情況下運用聲發(fā)射技術對低壓力燃氣管道泄漏發(fā)現(xiàn)作了很好的探索和嘗試，得到較好的定位結果，既節(jié)約了經(jīng)濟成本，又較早捕捉到了城市燃氣管網(wǎng)小泄漏隱患，為今后實際工程應用提供了較為成功的范例。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于保持城市燃氣管道運行狀態(tài)，且開挖檢查被限制情況下，克服現(xiàn)有泄漏檢測技術的不足，提供了一種適用于城市燃氣管道泄漏檢測的可行、方便的方法。本方法基于聲發(fā)射技術，根據(jù)負壓波理論及其定量計算結果客觀性和可信度高的特點，結合小波消噪和相關分析，達到有效發(fā)現(xiàn)埋地管道泄漏點并準確定位的目的。本發(fā)明采用的技術方案是基于聲發(fā)射技術，結合常州市城市燃氣管道鋪設現(xiàn)狀，設計傳感器的布置方案，設置適合的輸入?yún)?shù)，建立了城市燃氣管道泄漏檢測定位系統(tǒng)，確定檢測方法，進行數(shù)據(jù)采集。又采用小波消噪技術和相關分析法對采集信號進行處理，提高檢測定位精度，運用于實例驗證結果。一種城市燃氣埋地管道泄漏檢測定位方法，其步驟是
(1)城市燃氣埋地管道的檢測是在保持被測管道正常運行，即被測管道兩端不關閉，不停止輸氣，同時不開挖管道，不影響城市正常交通、市容等狀態(tài)下進行；
(2)運用聲發(fā)射技術，結合管道現(xiàn)有布設實際，基于負壓波原理，實現(xiàn)埋地管道泄漏源的檢測發(fā)現(xiàn)和定位，確保以地面巡檢方式為主檢測埋地管道技術所帶來的泄漏定位的實時性與準確性；
(3)結合小波消噪技術和相關分析法對檢測采集信號進行處理，進一步提高對燃氣埋地管道泄漏檢測定位的準確性，并通過實例，驗證該方法的可行性、可信性和方便性；
所述的城市燃氣管道泄漏檢測方法，確定了檢測狀態(tài)是在被測管段不停止運行，即兩端不關閉，保持正常輸送燃氣，同時管道不被開挖，不影響城市正常交通等狀態(tài)下進行檢測，所述的檢測方法在于不需開挖管道暴露傳感器布置點，而是將傳感器布置在被測燃氣管道的日常檢查井或積水井中的管道連接(如三通、閥門等)處，設置適合的輸入?yún)?shù)和輸出信號，計算燃氣管道泄漏點位置，得出客觀、可信的結果，簡化和方便了其在實際工程中的運用。一種城市燃氣埋地管道泄漏檢測定位方法及其應用，其步驟是
(1)在保持埋地燃氣管道不停止運行，不被開挖情況下，合理布置傳感器，選擇適合的參數(shù)，建立檢測系統(tǒng)；
(2)通過模擬，管道管徑為32mm，壓力保持在O.05 O. 07MPa (表壓)，流量為1. 5 2. 0m3/h，管道泄漏率為1000-1500cm3/h下試驗，得出泄漏源在距離I號傳感器4200 4300mm的位置，與實際的泄漏點3645mm處相比較，誤差率為15. 2% ;
(3)采用小波消噪技術對首末兩端傳感器所采集到的信號進行消噪處理，結合互相關分析進行泄漏定位，將泄漏點計算值與試驗泄漏點位置比較，提高定位精度；
(4)將地處常州市中心的某兩段燃氣埋地管道進行實際檢測，檢測管道為中壓B級鑄鐵管，管徑426mm，管道壓力(表壓)約為45KPa，流量約為2000m3/h，將傳感器布置兩端的閥門或三通上，經(jīng)檢測著兩段管道在管與管之間的連接處共發(fā)現(xiàn)5個泄漏點；
(5)計算結果與管道設計圖比對，初步判定泄漏源位置，后經(jīng)現(xiàn)場驗證該方法應用結果與計算結果一致。本發(fā)明的作用機理是基于聲發(fā)射技術，建立了城市燃氣管道在不停止運行、不開挖狀態(tài)下的泄漏檢測系統(tǒng)，達到較好的靈敏度，確定了此種方式檢測的可行性，再結合小波變換和相關分析法，達到了較高的泄漏檢測定位準確度本發(fā)明與相同評定其他方法的區(qū)別在于
(1)根據(jù)聲發(fā)射技術和負壓波理論，確定了更加方便、可行的城市燃氣埋地管道泄漏聲發(fā)射定位檢測方法，即在管道不停止運行、不被開挖狀態(tài)下進行漏檢測，結合小波變換技術對采集信號進行處理，運用相關函數(shù)分析法，確定計算模型，既實現(xiàn)了城市燃氣管道不停運、不開挖狀態(tài)下的泄漏檢測，又提高了定位精確度。與傳統(tǒng)的管道檢測方法，比如C掃描埋地管道檢測系統(tǒng)、PCM管中電流測繪儀、多頻管道定位儀、地下管道防腐檢漏儀等方法相t匕，聲發(fā)射檢測法靈敏度更高，同時避免了人為主觀判斷，結果更為客觀；
(2)不開挖管道，既簡化了埋地管道的檢測程序，又節(jié)約了檢測成本；同時保持管道正常運行，保證了城市燃氣管道不間斷輸送生產(chǎn)、生活用氣需要。這與被測管道必須是獨立的，即被測管段兩端被關閉，且該管段增壓至少應該是4至9標準大氣壓的成功研究經(jīng)驗相t匕，本發(fā)明大大簡化和方便了聲發(fā)射技術在埋地管道泄漏檢測中的應用，對加強城市燃氣管道檢測和風險控制，具有較好的推廣使用價值。


圖1為傳感器布置示意圖。圖2是各傳感器的波形圖和頻譜圖。圖3是通道定位圖。
圖4是消噪后的信號。圖5為兩重構波形的互相關系數(shù)圖。圖6是管段一的相關信息圖。圖7是其中一組定位圖。圖8為小波變換后的互相關系數(shù)圖。圖9是管段二的相關信息。圖10是各通道一組定位圖。圖11為小波變換后互相關分析系數(shù)圖。
具體實施例方式1、確定檢測方式城市燃氣管道埋在地下，無法在其表面布置聲發(fā)射傳感器。經(jīng)過現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)可以將傳感器布置在管道的日常檢查井或積水井內的連接管道的三通或閥門上。由于不能確定其檢測的有效性，決定利用實驗室油氣管道試驗平臺進行試驗，以探索其檢測的有效性。試驗管段長6000mm，管道壓力模擬現(xiàn)場燃氣管道的實際壓力，即表壓控制在
O.05MPa左右，流量約為1. 5m3/h，管道泄漏率約為1000-1500cm3/h。兩個傳感器布置在管道的兩端，其中2號傳感器的位置是一個法蘭，如圖1，泄漏點(用閥門代替)在距離I號傳感器3645mm處，試驗中設置的采樣長度為2048，采樣頻率為106Hz。設置門檻值為30_50dB，前置放大器值為40dB。試驗分析步驟分；兩個階段進行
(1)保持管道內介質處于流動狀態(tài)，分別改變背景噪聲等相關輸入?yún)?shù)和泄漏量，重復采集信號數(shù)據(jù)和圖像，選擇適合的門檻值等參數(shù)，確定檢測靈敏度，比較不同泄漏量下采集到的數(shù)據(jù)信號；
(2)對較小泄漏量信號進行小波變換消噪和相關分析，計算泄漏點位置，與實際泄漏位置進行比較，確定該方法的可行性。2、檢測試驗實驗室管道上的泄漏口由閥門控制，因此以閥門的開度來衡量泄漏量大小，試驗中將閥門打開角度控制在30度左右。經(jīng)多次試驗，確定相關輸入?yún)?shù)，再進行三組實驗，選其中的一組試驗數(shù)據(jù)分析。I號和2號傳感器位置分別是在Omm和6000mm處，泄漏閥門在3645mm處，圖2的a、b、c、d、分別為I號和2號傳感器的波形圖和頻譜圖，通道定位圖見圖3 的 a、b、C、d。從圖3定位圖可知，泄漏點與2號傳感器較近，大約在距離I號傳感器4200mm左右的位置，與實際的泄漏點3645mm處相比較,誤差率為15. 2%。3、小波消噪互相關分析采用小波分析,利用matlab小波工具箱對以上信號作消噪處理。選用db6小波對泄漏信號進行5尺度小波分解重構，可得消噪后的上下游負壓波信號，如圖4的a、b。對消噪后的重構波形作互相關分析，圖5為兩重構波形的互相關系數(shù)圖。由互相關分析，計算時間差為I 95.66· 10、，可得泄漏點定位尺寸/泄漏Ρ3849·1·，誤差率為5. 60%。對另2組實驗數(shù)據(jù)進行計算，得到誤差率分別為6. 05%和 7. 26%o可見，在管道運行狀態(tài)下可以進行泄漏檢測，只是得出泄漏源位置有偏差，但經(jīng)小波消噪互相關分析處理后，泄漏源定位的結果準確率有較大提高，可以在實際工程中嘗試應用。實例實例I基礎數(shù)據(jù)管段一位于常州市新民路上，管長約為67. 5m，中壓B級鑄鐵管，管道壓力約為45KPa，管徑約為426mm。該管段上有許多接頭、套筒、閥門等連接口，如圖6所示，I號傳感器布置在該管段一端的三通上，2號傳感器布置在另一端的閥門上，兩個傳感器的間距為67. 5m。從管道設計布置圖可知，距離I號傳感器5m、11m、17m、23m、29m、35m、41m、47m、53m、55. 6m、61. 6m的位置均是管與管的連接處。經(jīng)測試輸入適合的 門檻制等參數(shù)，分別采集了 3組數(shù)據(jù)，其中一組定位圖如圖7的
a、b、C、d0從定位圖中大致判斷在距I號傳感器30m_40m之間的位置以及靠近2號傳感器附近的位置，泄漏信號較為明顯，但難以準確確定，需要對收集到的信號進行小波變換互相關分析準確定位。圖8為小波變換后的互相關系數(shù)圖。編制計算程序，用Matlab軟件實現(xiàn)對兩個信號的互相關計算，得出第一個泄漏口位置為/泄漏，933.51m，第二個泄漏口位置為/泄漏2 P67.41m。重復2組檢測，得出平均定位結果如表I。
權利要求
1.一種城市燃氣埋地管道泄漏檢測定位方法，其特征在于 (1)城市燃氣埋地管道的檢測是在保持被測管道正常運行，即被測管道兩端不關閉，不停止輸氣，同時不開挖管道，不影響城市正常交通、市容等狀態(tài)下進行； (2)運用聲發(fā)射技術，結合管道現(xiàn)有布設實際，基于負壓波原理，實現(xiàn)埋地管道泄漏源的檢測發(fā)現(xiàn)和定位，確保以地面巡檢方式為主檢測埋地管道技術所帶來的泄漏定位的實時性與準確性； (3)結合小波消噪技術和相關分析法對檢測采集信號進行處理，進一步提高對燃氣埋地管道泄漏檢測定位的準確性，并通過實例，驗證該方法的可行性、可信性和方便性。
2.根據(jù)權利I要求所述一種城市燃氣埋地管道泄漏檢測定位方法，其特征在于所述的檢測方法不需開挖管道來布置傳感器，而是充分利用現(xiàn)有條件，將傳感器布置在管道檢查井或積水井中的管道連接(如三通、閥門等)處，設置適合的輸入?yún)?shù)和輸出信號，同時結合小波變換并進行相關分析。
3.一種城市燃氣埋地管道泄漏檢測定位方法應用，其特征在于 (1)在保持埋地燃氣管道不停止運行，不被開挖情況下，合理布置傳感器，選擇適合的參數(shù)，建立檢測系統(tǒng)； (2)通過模擬，管道管徑為32mm，壓力保持在O.05 O. 07MPa (表壓)，流量為1. 5 ·2. 0m3/h，管道泄漏率為1000-1500cm3/h下試驗，得出泄漏源在距離I號傳感器4200 ·4300mm的位置，與實際的泄漏點3645mm處相比較，誤差率為15. 2% ; (3)采用小波消噪技術對首末兩端傳感器所采集到的信號進行消噪處理，結合互相關分析進行泄漏定位，將泄漏點計算值與試驗泄漏點位置比較，提高定位精度； (4)將地處常州市中心的某兩段燃氣埋地管道進行實際檢測，檢測管道為中壓B級鑄鐵管，管徑426mm，管道壓力(表壓)約為45KPa，流量約為2000m3/h，將傳感器布置兩端的閥門或三通上，經(jīng)檢測著兩段管道在管與管之間的連接處共發(fā)現(xiàn)5個泄漏點； (5)計算結果與管道設計圖比對，初步判定泄漏源位置，后經(jīng)現(xiàn)場驗證該方法應用結果與計算結果一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城市燃氣埋地管道泄漏檢測定位方法及其應用。本方法基于聲發(fā)射技術，結合常州市城市燃氣管道鋪設現(xiàn)狀，設計傳感器的布置方案和相關參數(shù)，確定了在保持埋地管道正常輸氣以及不開挖管道情況下進行泄漏檢測的方法。同時引入小波消噪和相關分析法，提高了定位精度，得出客觀、可信的結果，在很大程度上方便和提高了聲發(fā)射檢測技術在城市燃氣埋地管道泄漏檢測中應用性，使得該方法在達到檢測有效、準確、節(jié)約成本的同時，增強了普及實用價值，對加強城市燃氣管道風險控制具有重要意義。
文檔編號F17D5/06GK103062628SQ20121045174
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權日2012年11月2日
發(fā)明者郝永梅, 邵輝, 邢志祥 申請人:常州大學