天然气长输管道泄漏点的检测与定位方法研究.pdf

兰州理工大学 硕士学位论文 天然气长输管道泄漏点的检测与定位方法研究 姓名：毛海杰 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：陈希平 20040501 垫要 一 篁：昼2 1 2 2 8 摘要 作为五丈运输行业之一的管遴运输系统，戳其环保、经济、快捷等优点，在 匿民经济中| l 匀地位越来越为突出随着我国西部开发战略的实施，必将有火量的 油气管道投入建设和运行然而近些年来，瘫于管道的自然寿命和人为因素等的 影响，管道泄漏崭故频繁发生，不仅造成太量物质损失_ 车| ：】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予减少损失、维 护管道安全运行湿褥十分重要为将泄漏事赦造成的各种危害减少到最小，需要 艇究泄澡检测技术，l ：王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融配有 S C A D A 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，并借鉴斟前国际土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，主要进行了班下几方面的工作： 针对泄漏产生的负压波在管遴中的传播速度受媒介的密度、压力、比热及材 赝簿截索的影响，丽非声波在空气中转播麴速度，本文利用能量守恒原理，辩其 进行了修正：考虑到管内气体流速剥压力波速的影响，对孤始的负压波定位公式 进行了一定程度的改进．并在剥用定位公式进行泄漏点定位时采用逐步迭代逼近 算法，提离了系统的定位精度； 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 的负压波髂号进行了降噪处理：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蝣站点采集到的负压波奇异点的时问差出的精度，从而 进一步提高了定位的精度： 考虑列小波变换是一种基波可变的信号分析工具，也就是说，不同的小波蒸 波对信号分析的结果将有很大差别，这势必影响最终豹处理结果，因此，我们又 对比分析了本谦题中小波綦及尺度的选择闷艇，依据规则性系数相戟性原理对母 小波的选择进行了探索性研究； 最后，还提出了基于S C A D A 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 关键谣；长输管道泄漏检测与定位奇异性小波分析负压被 M A T L A B A b s t r a c t A b s t r a c t A so n eo ft h ef i v em a i nt r a n s p o r ti n d u s t r i e s ，l o n gp i p e l i n ed e l i v e r ys y s t e ma n di t ss a f e o p e r a t i o na r eo fg r e a ts i g n i f i c a n ti m p o r t a n c ed u et ot h es e r i o u sc o n s e q u e n c e st h a tm a y r e s u l tf r o md i f i e r e n tr e a s o n s ．L e a k sf r o mt h ep i p e l i n e sc a nn o to n l yl c a dt oag r e a td e a lo f p r o d u c tl o s s e sa n de n v i r o n m e n tp o l l u t i o n ，b u ta l s oc a u s em a n yp e o p l eh u r t ，e v e nt od i e ． I nr e c e n t l y , w i t hs o m ea r t i f l c i a ld e s t r u c t i o ns u c ha ss t e a l i n gn a t u r a lg a sa n ds oo n ， l e a k a g e c a s e sb e c a m em o r ea n dm o r e s e r i o u s l y ．S oi t ’sv e r yi m p o r t a n ta n dv e r yn e c e s s a r y t of i n dt h el e a ka n dl o c a t ei to nt i m ei no r d e rt or e d u c et h el o s s e sa n dk e e pt h es y s t e m o p e r a t en o r m a l l y ． W i t ht h e “W e s tD e v e l o p m e n t ’p r o j e c tc a r r i e do n ，t h en a t u r a lg a sp i l e I e l i n ei no u r c o u n t r yw i l lg e ti n t oa n o t h e rh i 【g ht i d e ．P l e n t yo fp i p e l i n e sw i l lb el a u n c h e di n t ob u i l d i n g a n dr u n n i n g ．I no r d e rt or e d u c et h eh a r mc a u s e db yl e a k a g et ot h e 】e a s ta n dt og e tt o h i g h e rl o a ks e n s i t i v i t ya n dl o c a t i o na c c u r a c y , i t ’sv e r yn e c e s s a r yt or e s e a r c ht h el e a k d e t e c t i o na n dl o c a t i o nt e c h n i q u e ． S e e i n gt h a tt h em a t hm o d e l o fn a t u r a lg a sp i p e l i n ei sl i m i t e dt ot h ef l u i dc h a r a c t e r , t e r r a i ns t a t u s ，p i p e l i n ei t s e l fc h a r a c t e ra sw e l la ss o m ec o m p l i c a t e dr e s t r i c t i o n 。

i t s d i f f i c u l tt oe s t a b l i s ht h ea c c u r a t em a t h e m a t i cm o d e l ．O nt h eo t h e rh a n d ．t h eS C A D A s y s t e m sh a v eb e e n i n s t a l l e di nt h en e wl a i dn a t u r a lg a sp i p e l i n e ．L o t so fl o c a ld a t ec a nb e e a s i l yo b t a i n e d ．A tt h es a m et i m e ，c o m b i n i n gw i t ht h e a c t u a lc o n d i t i o no fd e l i v e r y p i p e l i n eo fo u rc o u n t r ya n ds o m ep r e v a l e n tl o a kd e t e c t i o na n dl o c a t i o nm e t h o d s ．t h i s p a p e rr a i s e dam e t h o d ，w h i c hi sb a s e do n w a v e l e ta n a l y s i sa n d n e g a t i v e - p r e s s u r e - w a v e t od e t e c ta n d1 0 c a t et h el e a k a g e ．J o b si nt h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ： A sa f f e c t e db yg a sd e n s i t y , p r e s s u r e ，s p e c i f i ch e a ta n d p i p em a t e r i a l ，t h ev e l o c i t yo f n e g a t i v e —p r e s s u r e - w a v ei m p r o v e dd e p e n d i n go n t h ee n e r g yc o n s e r v a t i o n ．A to n et i m e ， t a k i n gt h ea f f e c t i o no fv e l o c i t yo fg a sf l o w , t h el o c a t i o nf o r m u l aw a s m o d i f i e di ns o m e d e g r e e ． W h e n l o c a t i n gt h el e a k sw i t hl o c a t i o nf o r m u l a ，t h ei t e r a t i v ea p p r o a c ha l g o r i t h mw a g a d o p t e d a san e wm e t h o dt oi n c r e a s et h el o c a t i o na c c u r a c yl e v e lo f s y s t e m ． M u l t i ．s c a l ed e c o m p o s i t i o na n dr e c o n s t r u c t i o no fw a v e l e tt r a n s f o r i i li su t i l i z e dt of i l t e r t h en o i s eo f n e g a t i v e - p r e s s u r e - w a v e 。

w h i c h w a s b r o u g h tb yl e a k a g e ．W i t ht h ec a p a c i t y t o d e t e c tt h es i g n a ls i n g u l a r i t yf a s ta n da c c u r a t e l y , w a v e l e tt r a n s f o 咖w a su s e dt oc a t c ht h e b r e a kp o i n to fp r e s s u r e s i g n a l ．1 1 1 ew o r ki m p r o v e dt h ea c c u r a c yo fA ti n l o c a t i o n f o r m u l a ，a c c o r d i n g l yi m p r o v e dt h el o c a t i o na c c u。