流體輸送管道的泄漏檢測(cè)與定位

內(nèi)容概要

　　使用管道運(yùn)輸流體是一種經(jīng)濟(jì)、方便的運(yùn)輸方式，在石油、天然氣以及其他流體輸送中占有重要的地位。及時(shí)對(duì)流體輸送管道的泄漏進(jìn)行檢測(cè)和泄漏點(diǎn)的定位，防止泄漏事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)效益。自20世紀(jì)80年代初以來，作者所在科研組在液體輸送管道的泄漏檢測(cè)和定位方法方面進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究，取得了豐富的理論研究成果，并研究和開發(fā)出了液體輸送管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)我國在這一領(lǐng)域的研究和應(yīng)用起到了促進(jìn)作用?！　”緯鴱膭?dòng)態(tài)模型的建立、狀態(tài)估計(jì)、信號(hào)處理和模式識(shí)別等方面全面和系統(tǒng)地介紹了液體輸送管道的泄漏檢測(cè)和定位方法，并從應(yīng)用的角度簡要介紹了泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的組成，探討了系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)?！　”緯亲髡吆脱芯可?0多年來在液體輸送管道的泄漏檢測(cè)與定位方面的研究和應(yīng)用成果的總結(jié)與提煉，對(duì)廣大從事油氣儲(chǔ)運(yùn)及其自動(dòng)化的工程技術(shù)人員和高等院校相關(guān)專業(yè)的教師、研究生均具有參考價(jià)值。所介紹的方法對(duì)其他領(lǐng)域從事自動(dòng)化和技術(shù)系統(tǒng)故障診斷研究的工程技術(shù)人員、高等學(xué)校的教師與學(xué)生也具有參考價(jià)值。

作者簡介

王桂增，漢族，1941年生，江蘇靖江市人。1965年畢業(yè)于清華大學(xué)，1981－1983年赴美國進(jìn)修。清華大學(xué)自動(dòng)化系教授、博士生導(dǎo)師。曾任清華大學(xué)自動(dòng)化系主任、中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事、中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)過程控制專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員、中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)技術(shù)過程故障診斷與安全性專業(yè)委員會(huì)主任。長期從事過程控制和故障診斷方面的教學(xué)與研究工作，曾講授“過程控制系統(tǒng)”、“高等過程控制”和“動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障診斷”等課程，參加編寫教材《過程控制》，主編教材《高等過程控制》。曾獲國家教委科技進(jìn)步（基礎(chǔ)研究類）一等獎(jiǎng)、中國石油化工集團(tuán)公司科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、中國石油化工集團(tuán)公司科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、中國航天工業(yè)總公司科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，并獲國務(wù)院頒發(fā)的特殊津貼。在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文140余篇。葉昊，漢族，1969年生，天津市人。分別于1992年和1996年在清華大學(xué)自動(dòng)化系獲得學(xué)士和博士學(xué)位，畢業(yè)后留校任教至今，曾于1999年和2003年兩次赴德國進(jìn)行訪問研究。現(xiàn)為清華大學(xué)自動(dòng)化系教授，博士生導(dǎo)師，清華大學(xué)自動(dòng)化系過程控制工程研究所所長，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)技術(shù)過程故障診斷與安全性專業(yè)委員會(huì)秘書長。

書籍目錄

第1章　緒論 　1.1　管道泄漏檢測(cè)的意義 　1.2　流體輸送管道泄漏檢測(cè)方法概述 　　1.2.1　外部環(huán)境檢測(cè) 　　1.2.2　管壁狀況檢測(cè) 　　1.2.3　管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)檢測(cè) 　參考文獻(xiàn) 第一篇　基于模型的泄漏檢測(cè)與定位方法 　第2章　液體管道的動(dòng)態(tài)模型與仿真 　　2.1　管內(nèi)瞬態(tài)流動(dòng)的基本方程 　　　2.1.1　動(dòng)量方程 　　　2.1.2　連續(xù)性方程 　　　2.1.3　能量方程 　　　2.1.4　狀態(tài)方程 　　2.2　液體管道模型及其特征線解法 　　　2.2.1　液體管道模型 　　　2.2.2　特征線解法 　　　2.2.3　有限差分方程 　　　2.2.4　邊界條件 　　　2.2.5　分叉連接 　　2.3　瞬變流能量損耗對(duì)仿真的影響 　　　2.3.1　管道切應(yīng)力模型 　　　2.3.2　管道擬二維模型和二維模型 　　　2.3.3　能量損耗對(duì)管道仿真的影響 　　2.4　泄漏仿真 　　　2.4.1　泄漏量大小的影響 　　　2.4.2　泄漏位置的影響 　　　2.4.3　泄漏形成時(shí)間的影響 　　2.5　基于實(shí)時(shí)模型的泄漏檢測(cè) 　　　2.5.1　基于直接比較的泄漏檢測(cè)方法 　　　2.5.2　基于修正項(xiàng)的質(zhì)量/流量平衡方法 　　2.6　瞬變流計(jì)算中的幾個(gè)問題 　　　2.6.1　插值問題 　　　2.6.2　流動(dòng)參數(shù)的確定 　　　2.6.3　管道入口段的流動(dòng)問題 　　　2.6.4　管道高程差的問題 　　參考文獻(xiàn) 　第3章　基于狀態(tài)估計(jì)的泄漏檢測(cè)與定位 　　3.1　Kalman濾波的基本原理 　　3.2　管道狀態(tài)方程的建立 　　3.3　自適應(yīng)Kalman濾波 　　3.4　基于Kalman濾波的泄漏檢測(cè)與定位 　　3.5　試驗(yàn)結(jié)果 　　參考文獻(xiàn) 第二篇　基于信號(hào)處理和模式識(shí)別的泄漏檢測(cè)與定位方法 　第4章　隨機(jī)過程的基本知識(shí) 　第5章　基于時(shí)域分析的泄漏檢測(cè)與定位 　第6章　基于時(shí)頻分析的泄漏檢測(cè)與定位 　第7章　基于模式識(shí)別和圖像處理的泄漏檢測(cè)與定位 　第8章　管網(wǎng)的泄漏檢測(cè)與定位 　第9章　基于聲波信號(hào)的泄漏檢測(cè)與定位 第三篇　流體輸送管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng) 　第10章　流體輸送管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的組成 　第11章　管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：相關(guān)分析法對(duì)上下游的壓力信號(hào)去除均值并求取差分信號(hào)后，實(shí)時(shí)計(jì)算其互相關(guān)函數(shù)。當(dāng)沒有泄漏時(shí)，相關(guān)函數(shù)的值在零附近。泄漏發(fā)生后由于上下游壓力信號(hào)會(huì)先后下降，所以相關(guān)函數(shù)的值將顯著變化，以此進(jìn)行泄漏檢測(cè)。相關(guān)函數(shù)的極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是負(fù)壓波到達(dá)上下游端的時(shí)間差，以此可進(jìn)行泄漏點(diǎn)定位。小波變換是一種時(shí)間一尺度分析方法，在時(shí)頻域中均具有表征信號(hào)局部特征的能力，被譽(yù)為分析信號(hào)的顯微鏡。文獻(xiàn)[17，18]的作者將連續(xù)小波變換應(yīng)用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障診斷，指出小波變換可以抑制噪聲，利用小波變換的極值可檢測(cè)信號(hào)的邊沿。（3）基于聲波信號(hào)的方法 發(fā)生泄漏的時(shí)候，由于管道內(nèi)外的壓力差，流體經(jīng)過漏點(diǎn)時(shí)會(huì)形成渦流，加上流體和管壁以及周圍環(huán)境的摩擦都會(huì)產(chǎn)生泄漏聲波。泄漏產(chǎn)生的信號(hào)是由流體激發(fā)的連續(xù)信號(hào)，通常有較寬的頻譜，其頻譜范圍與流體以及管壁的性質(zhì)有關(guān)。這種聲波信號(hào)在傳播過程中能夠反映泄漏大小、位置等信息，通過一定的信號(hào)處理方法能夠從聲波信號(hào)中獲得泄漏信息。根據(jù)聲波性質(zhì)的不同，可以設(shè)計(jì)不同的檢漏方法，主要有：應(yīng)力波（固體聲波）法和超聲波法。①應(yīng)力波法。流體泄漏時(shí)在管壁中激發(fā)應(yīng)力波，用兩只普通的壓電式傳感器作為檢測(cè)元件，分別安裝在被測(cè)管道兩端，通過測(cè)量泄漏聲波達(dá)到傳感器的時(shí)間來估計(jì)泄漏點(diǎn)的位置。應(yīng)力波的頻率較低，低頻的音信號(hào)在傳播過程中衰減較小，但是在傳播過程中容易受到環(huán)境噪聲的影響。②超聲波法。泄漏聲波中含有超聲波，它以聲速向管道兩端傳播，通過檢測(cè)超聲波信號(hào)強(qiáng)度，尋找信號(hào)強(qiáng)度的最大點(diǎn)進(jìn)行泄漏定位。由于方向性很強(qiáng)，所以檢測(cè)靈敏度比較高。但超聲波在傳播過程中存在彌散現(xiàn)象，造成超聲波能量的損耗，因此只能檢測(cè)較短距離內(nèi)的泄漏，為此，需在管線上放置多個(gè)傳感器來接收超聲波信號(hào)。

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