一種泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法與流程

本發明涉及油氣管道動態壓力波法泄漏監測技術領域，特別是涉及一種泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法。

背景技術：

目前可以應用于油氣管道的泄漏監測方法有許多種，其中，動態壓力波法與傳統的質量平衡法、負壓波法、瞬態模型法等相比具有諸多優點：靈敏度高、定位精度高、誤報率低、檢測時間短、適應性強；動態壓力波法測量的是管線流體中的微弱動態壓力變化量，與管線運行壓力的絕對值無關,響應頻率更寬，檢測范圍更寬等。

針對輸氣管道動態壓力波法泄漏檢測與定位技術的研究中，動態壓力波傳播速度、動態壓力波到達管道兩端傳感器的時間差以及管道兩端傳感器之間的安裝距離決定泄漏定位精度，但目前研究大都集中在動態壓力波到達管道兩端的時間差的求解計算，以此實現泄漏的準確定位。國內外學者也多是針對時間差精度的提高進行研究的。

根據調研，現階段國內外涉及基于動態壓力波技術的油氣管道泄漏定位方法的專利主要有：

美國專利US6389881公開了一種基于動態壓力波技術的管道實時泄漏檢測裝置和方法。該技術利用傳感器采集管內動態壓力，采用模式匹配濾波技術對信號進行濾波處理，排除噪聲，降低干擾，提高了定位精度；

中國專利200810223454.X公開了一種利用動態壓力和靜態壓力數據進行管道泄漏監測的方法及裝置。該方法在管道首末端分別安裝一套動態壓力傳感器和靜態壓力傳感器，測量管內音波信號，音波信號經數據采集裝置處理后提取泄漏信號，并利用GPS系統打上時間標簽，進行泄漏定位。

中國專利201510020155.6公開了一種基于聲波幅值的油氣管道泄漏定位方法，該方法采用經過小波分析處理后得到低頻段聲波幅值來進行泄漏檢測和定位，建立了泄漏聲波在油氣管道介質內的傳播模型，提出了一種不考慮聲速及時間差的泄漏定位方法。

其在泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算處理上存在一定的不足，現有的專利較少涉及泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法，對泄漏定位精度的提高更多的是依靠精確計算動態壓力波到達管道兩端傳感器的時間差實現的，對傳播速度的計算方法普遍采用傳統的聲速計算公式，具體表現為：傳統的聲速計算公式中壓力采用的是管道的平均壓力，但氣體在管道輸送過程中壓力存在降低，使得聲速計算并不準確，這就降低了泄漏定位精度，若要準確計算聲速，需安裝大量的壓力傳感器，這就造成了投資規模大，這都降低了動態壓力波法推廣的可行性和適用性。

綜上所述，現有技術中對于泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算，尚缺乏有效的解決方案。

技術實現要素：

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法，包括以下步驟：

步驟一，選取氣體流動平穩的管段作為待測管段，在待測管段兩端安裝動態壓力傳感器，并獲取氣體流動速度和動態壓力傳感器之間的距離；

步驟二，選取待測管段上游或者下游某點作為泄漏點，使泄漏點發生泄漏；

步驟三，設定動態壓力傳感器的信號采樣頻率并利用動態壓力傳感器采集對應的兩個泄漏信號；

步驟四，通過信號處理得到兩個泄漏信號各自的幅值，然后選取幅值對應的采樣點，將兩個采樣點相減得到的差值除以采樣頻率得到時間差；

步驟五，將兩個動態壓力傳感器之間的距離與時間差相除得到動態壓力波的表觀傳播速度；

步驟六，綜合考慮泄漏點的位置、氣體流動速度、表觀傳播速度得到動態壓力波的傳播速度。

進一步，在步驟一中，氣體流動速度可以通過流量計獲取。

進一步，在步驟一中，兩個動態壓力傳感器之間的距離應不小于3.4米且氣體流動平穩，獲取氣體流動速度。在兩個動態壓力傳感器的距離上考慮信號到達兩個傳感器的時間差不小于0.01s(3.4除以聲速340)，太短會導致時間差計算不精確，影響定位精度。

進一步，在步驟二中，上游或者下游的泄漏點距離最近的動態壓力傳感器距離應不小于3.4米。上述距離的設定是考慮聲波到達最近傳感器的時間為0.01s太短會導致時間差計算不精確，影響定位精度。

進一步，在步驟三中，動態壓力傳感器的采樣頻率應設置為100～30000Hz。上述采樣頻率的設置是考慮：一是該采用頻率獲得信號可以遠傳，二是動態壓力傳感器規格限制，三是后續對獲取信號的電腦存儲容量的考慮。

進一步，在步驟四中，對于信號處理采用小波變換進行濾波。采用小波變換進行濾波，設置較高的采樣率，信號處理方法應盡可能清晰的提取幅值特征，并能通過幅值特征準確定位對應的采樣點。

進一步，在步驟六中，泄漏點位于待測管段上游時，將步驟五得到的動態壓力波表觀傳播速度與氣體流動速度相減即可得到動態壓力波的傳播速度。

進一步，在步驟六中，泄漏點位于待測管段下游時，將步驟五得到的動態壓力波表觀傳播速度與氣體流動速度相加即可得到動態壓力波的傳播速度。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提出了泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法，進而對管道泄漏進行定位，降低投資，增加可行性。

本發明提供的泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法，能夠對管道泄漏進行準確定位，具體為通過聲速以及時間差的泄漏定位公式進行定位，提高了聲波法的可行性和適用性。

本發明方法簡單，操作方便，較好的解決了現階段動態壓力波傳播速度的計算問題。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1是本發明實施例提供的泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法的步驟圖；

圖2是本發明實施例提供的泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法原理流程圖。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在現階段動態壓力波傳播速度計算不準確的問題，為了解決如上的技術問題，增加聲波法的可行性和適用性，本申請提出了一種泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法，包括以下步驟：

S101：選取氣體流動平穩的管段作為待測管段并安裝傳感器；

S102：選取泄漏點使泄漏發生；

S103：明確采樣頻率并采集信號；

S104：計算時間差；

S105：計算動態壓力波的表觀傳播速度；

S106：計算動態壓力波的傳播速度。

如圖2所示，本發明的具體實施流程為：

泄漏點發生在管道上游某點處，傳感器1和2安裝在泄漏點下游，傳感器之間的距離為L，采樣頻率為n，采集聲波信號幅值分別為p₁和p₂，對應的采樣點分別為s₁和s₂，則時間差為則可根據傳播速度計算公式計算得到動態壓力波的表觀傳播速度。

泄漏點位于待測管段上游時，將得到的動態壓力波表觀傳播速度與氣體流動速度相減即可得到動態壓力波的傳播速度。

本發明通過泄漏動態壓力波在管內氣體中傳播速度的計算方法，能夠驗證并校正泄漏動態壓力波傳播速度的理論計算公式，提高動態壓力波傳播速度的計算精度，從而為泄漏定位精度的提高提供基礎。

以上所述僅為本申請的優選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。