[00336430]燃气管道泄漏检测和定位方法

天津大学

燃气管道泄漏检测和定位方法

摘要

本发明公开了一种基于地理信息(GIS)和数据采集与监控(SCADA)技术的对燃气管网泄漏自动检测和定位的方法。具体方法如以下步骤：建立燃气管网GIS系统，读取和存储管网图、管网属性数据等；由SCADA系统实时采集每段燃气管道的压力、温度、流量参数；对采集参数与储存数据比较计算；计算管道首末端处测量值和计算参数值之间的偏差，显示出现异常的管道信息；搜索极值点确定压力突变点，根据发生泄漏管段的燃气流量、温度、压力参数，通过泄漏定位公式计算泄漏点位置。本发明通过SCADA、GIS以及仿真计算，可以实现燃气管线的自动监测及定位，具有检测速度快，检测精度高，漏报率/误报率低等特点。

主权项

1.燃气管道泄漏检测和定位方法，其特征是在一段燃气管道的两端设置压力传感器、全球定位系统、A/D模数转换卡和下位机，通过网络传输将采集的数据传至上位机监控系统中，由数据采集与监视控制系统实时采集管道中燃气的压力、温度和流量参数信息，由地理信息系统储存燃气管道的属性数据，包括管线、管长、管径、管壁厚，通过管网仿真计算进行管道的泄漏自动检测和管道泄漏点的定位，具体方法如以下步骤：I.建立燃气管网地理信息系统，读取和存储燃气管网图、管网属性数据及空间地理数据；II.由数据采集与监视控制系统实时采集每段燃气管道的压力、温度、流量参数信息，对于压力信息采集的频率高于1HZ；III.对采集到的压力、温度、流量参数信息通过网络传输至上位机监控系统中，由地理信息系统读取预先储存的相应管网属性数据，对管网进行实时仿真计算：将燃气管线按长度方向划分网格，将管网划分成时间和长度的二维网络，通过离散网格，列取节点方程，并将输入管网的边界条件也离散成一系列的节点方程，通过相应的数值计算，对正常工况下管网的压力、温度、流量参数信息进行实时仿真计算：Io=A·boAb·o(Bo·bEb+e1o)/Rb+A·boCbAb·o(de1o/dt)+A·boAb·cBc·bEb/Rb]]>Ic=A·bcAb·o(Bo·bEb+e1o)/Rb+A·bcCbAb·o(de1o/dt)+A·boAb·cBc·bEb/Rb]]>e2o=Bo·bLbB·obdIodt+Bo·bLbB·cbdIcdt]]>将式Io=A·boAb·o(Bo·bEb+e1o)/Rb+A·boCbAb·o(de1o/dt)+A·boAb·cBc·bEb/Rb]]>转换为：de1odt=[A·boCbAb·o]-1[Io-A·boAb·o(Bo·bEb+e1o)/Rb-A·boAb·cBc·bEb/Rb]]]>式中：——转换系数；L——管道的流感，定义为管道两端引起的压力变化与流量变化率之比值，R——管道的流阻，定义为管道压差与流量之比值，C——管道的流容，定义为流体质量变化与引起变化的压力变化之比值，E——协变张量，表示压力源，e——协变张量，表示管道压降，e_1o和e_2o表示电路断开时左右两端的管道压降，式中上、下角标符号o和c分别表示电路断开和闭合两种情况；b表示该张量为原始张量，根据求得的I^c，以及e_1o和e_2o的值，得到管网安全运行条件下各个管段节点处燃气的压力、温度、流量值，并将实测值和仿真计算值进行比较；IV.计算各管道首末端处实测值和仿真计算值之间的偏差，当流量和压力的偏差大于预定的阀值，由上位机监控系统报告显示出现异常的管道信息；V.搜索极值点确定压力突变点，用小波变换对异常管道的首末端压力信息进行分析和处理，得到首末端的压力突变点，具体为：①通过求取小波系数在各尺度下的最大、最小值，获取所对应的时间上的频数n₁₁和n₁₂；n₁₁＝max(∑(WT(a，b)))n₁₂＝min(∑(WT(a，b)))WT(a，b)——各尺度下的小波变化系数；②搜索在n₁₁和n₁₂之间，由等效带通滤波器带宽比较大的第一个尺度分解得到高频信号尺度下的全部极值点；③确定各管道中的压力突变点；④找出首末端压力突变点对应的时刻，计算负压波传播到上、下游传感器的时间差Δt；VI.根据发生泄漏管段的燃气压力、温度、流量参数，通过泄漏定位公式计算泄漏点位置，泄漏定位公式为：x=L(v-u1)+(v-u1)(v+u2)×Δt2v-u1+u2]]>x——泄漏点距异常管首段的距离，mL——异常管长度，mv——管道传输介质中负压波的传播速度，m/su₁——异常管首段到泄漏点的天然气流速，m/su₂——异常管尾段到泄漏点的天然气流速，m/sΔt——负压波传播到上、下游传感器的时间差，s。