基于激励响应的油气管道泄漏检测方法及系统技术方案

本公开提供了一种基于激励响应的油气管道泄漏检测方法及系统。对已有泄漏点的油气管道施加一个主动式激励信号(人为直接输入压力脉冲)或被动式激励信号(通过快速开关阀门等产生压力波动)，该激励信号在管道边界处和泄漏处发生反射，反射波又继续向上下游传播最终被动态压力传感器采集到，通过分析瞬态响应信号和泄漏信号反射波对管道的已有泄漏进行检测和定位。

Oil and gas pipeline leakage detection method and system based on excitation response

【技术实现步骤摘要】
基于激励响应的油气管道泄漏检测方法及系统
本公开属于油气管道泄漏检测
，具体涉及一种基于激励响应的油气管道泄漏检测方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。管道运输因其在输送液体和液体方面的便利、高效等独特优势，现已广泛应用于石油及其产品的运输中，随着运输管道的规模增大，必然会出现一些不可避免的问题，如管道的自然老化，腐蚀，磨蚀，第三方破坏以及各种地质因素的影响，使管道发生泄漏甚至断裂等安全问题。由于大部分油品管道都是埋地敷设，油品管道发生泄漏，泄漏油品在土壤中的渗流迁移很难被观察到，但其造成的影响如：环境污染、经济损失以及潜在的火灾爆炸风险却是不可忽略的。因此，研究油品管道的泄漏检测技术对确保管道安全高效运行具有重大意义。据专利技术人了解，目前已有多种管道泄漏检测与定位技术，如常用的负压波法、声波法、瞬态模型法等。但现有的这些方法在适用的泄漏工况和应用上都存在一定的局限性，例如，管道焊缝以及管道不平滑会严重影响漏磁检测的精度；负压波法，声波法等仅适用于突发泄漏，且很难检测到小泄漏、缓慢泄漏和已有泄漏；而瞬态模型法需要对每种管道、泄漏情况进行分别建模，过程较为复杂，且普适性较差。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种基于激励响应的油气管道泄漏检测方法及系统，本公开通过主动施加一个激励信号，根据动态压力波的变化分析管道的泄漏信息，能够在实验室条件和现场管道运营中，完成对逐渐变大的泄漏孔、原本存在的泄漏孔等通过负压波法或声波法无法检测的泄漏孔的有效检测准确定位，为油气管道的安全运行提供有力保障。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种基于激励响应的油气管道泄漏检测系统，包括：激励信号模块，被配置为产生激励信号，传输至待检测的油气管道上；检测模块，包括若干沿油气管道沿线布设的压力传感器，用于检测由激励信号产生的压力波传播过程中，瞬态信号到达管道边界处和/或泄漏点时被转向而形成的反射信号；瞬态压力响应模块，被配置为对比管道无泄漏和有泄漏时的瞬态响应压力随时间的变化，找出两种工况下瞬态响应压力的区别，判断是否泄漏；信号处理模块，被配置为对采集到的动态压力信号进行去噪，并提取有效特征，识别信号奇异点，并结合频域特征进行判断，识别反射波信号,分析反射压力波的到达时间以及压力波的幅频特性,根据压力波在时域中的表现结合频域中的分布判断管道泄漏情况，并根据反射波到达传感器的时间和声波在管内传播速度对泄漏点进行准确定位。作为进一步的限定，所述激励信号包括主动式激励信号和被动式激励信号。所述主动式激励信号为外界直接输入的压力脉冲，被动式激励信号为开关阀门等元件产生的压力波动。作为进一步的限定，所述油气管道的上下游各设有一个储油罐。作为进一步的限定，所述检测模块，包括至少设置在油气管道的上游的一动态压力传感器，动态压力传感器于A/D采集卡连接，所述A/D采集卡与处理器连接。一种基于激励响应的油气管道泄漏检测方法，包括：产生激励信号，传输至待检测的油气管道上；利用动态压力传感器实时检测由激励信号产生的压力波传播过程中，瞬态信号到达管道边界处和/或泄漏点时被转向而形成的反射信号；将采集到的动态压力信号进行去噪处理，并提取有效特征，识别信号奇异点，并结合频域特征进行判断，识别反射波信号；对比管道无泄漏和有泄漏时的瞬态响应压力随时间的变化，找出两种工况下瞬态响应压力的区别，判断是否泄漏；分析反射压力波的到达时间以及压力波的幅频特性,根据压力波在时域中的表现结合频域中的分布判断管道泄漏情况，并根据反射波到达传感器的时间和声波在管内传播速度对泄漏点进行准确定位。作为进一步的限定，采集到的动态压力信号经小波变换进行去噪处理。作为进一步的限定，将反射波信号采用短时傅里叶变换，转化到频域，信号的频率特性是信号自身的固有特性，在泄漏孔处的频率信号与管道内的频率信号有明显的不同，通过对泄漏信号频率波段的分析，辅助识别泄漏信息。作为进一步的限定，无未知泄漏孔工况下施加激励信号的瞬态压力响应随时间的变化：管道系统的上下游边界为储油罐，则当在I处施加激励信号时，I处泄漏产生一个减压波信号，该信号以速度a向上下游两侧传递，声波信号的特点如下：向上游传播的压力波信号压力波向上游传递，在t0时刻到达动态压力传感器M处，传感器检测到这一信号，表现为水头下降ΔH1；继续向上游传递直到上游边界，由于泄漏造成的物质损失在边界处得到补充，压力密度恢复到泄漏发生以前的状态，同样的，补充也会因为流体的连续性向下游传递，即表现为一个升压波，大小为ΔH1，这一信号在t2时刻被传感器M采集到，表现为水头上升ΔH1；向下游传播的压力波信号向上游传递的同时，也在向下游传递，直到其到达下游边界处时，跟完成同样的变化，物质损失得到补充，产生一个向上游传递的升压波，被传感器M采集到，表现为水头升高ΔH1。作为进一步的限定，有未知泄漏孔工况下施加激励信号的瞬态压力响应随时间的变化：管道系统的上下游边界为储油罐，B处存在一个待检测的泄漏点，则当在I处施加激励信号时，M处动态压力传感器接收到的动态压力随时间的变化，I处泄漏产生一个减压波信号，该信号以速度a向上下游两侧传递，这一过程声波信号特征为：向上游传播的压力波信号压力波继续向上游传递直到上游边界，由于泄漏造成的物质损失在边界处得到补充，压力密度恢复到泄漏发生以前的状态，同样的，这一补充也会因为流体的连续性向下游传递，即表现为一个升压波，大小为ΔH1；向下游传播的压力波信号向上游传递的同时，也在向下游传递，当传递到未知泄漏孔B处时，减压波的存在使得泄漏孔处管道内外压差减小，物质漏失量减小，在原本稳定的基础上，相当于该处得到了物质补充，进而导致此处密度和压力都升高，产生一个升压波信号PB，之后，继续向下游传播，其到达下游边界处时，跟完成同样的变化，物质损失得到补充，产生一个向上游传递的升压波，表现为水头升高(ΔH1-ΔH2)。作为进一步的限定，在到达泄漏点B处时，会产生向上下游两侧传播的新的压力波信号，向下游传递的会跟原信号发生叠加，最终结果表现为信号的值减小，这一叠加后的信号传播到下游边界，得到物质补充，向上游传回一个升压波，被传感器检测到，表现为水头上升(ΔH1-ΔH2)。作为进一步的限定，向上游传递的新的压力波信号传递到M处，被传感器检测到，表现出水头上升ΔH2，这一信号继续向上游传递，直到到达上游边界，由于“物质补充”而产生的升压波，会因为多余物质的损失而消失，进而该升压波会消失，由于其传递轨迹上已经产生了压力升，由于流体的连续性，升压波消失这种现象会向下游传递，表现为一种减压波，被传感器M检测到，表现为水头下降ΔH2。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开可完成油气管道中已存在泄漏的泄漏点的检测并准确定位。本公开不仅能对油气管道的突发泄漏进行有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激励响应的油气管道泄漏检测系统，其特征是：包括：/n激励信号模块，被配置为产生激励信号，传输至待检测的油气管道上；/n检测模块，包括若干沿油气管道沿线布设的压力传感器，用于检测由激励信号产生的压力波传播过程中，瞬态信号到达管道边界处和/或泄漏点时被转向而形成的反射信号；/n瞬态压力响应模块，被配置为对比管道无泄漏和有泄漏时的瞬态响应压力随时间的变化，找出两种工况下瞬态响应压力的区别，判断是否泄漏；/n信号处理模块，被配置为对采集到的动态压力信号进行去噪，并提取有效特征，识别信号奇异点，并结合频域特征进行判断，识别反射波信号,分析反射压力波的到达时间以及压力波的幅频特性,根据压力波在时域中的表现结合频域中的分布判断管道泄漏情况，并根据反射波到达传感器的时间和声波在管内传播速度对泄漏点进行准确定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激励响应的油气管道泄漏检测系统，其特征是：包括：
激励信号模块，被配置为产生激励信号，传输至待检测的油气管道上；
检测模块，包括若干沿油气管道沿线布设的压力传感器，用于检测由激励信号产生的压力波传播过程中，瞬态信号到达管道边界处和/或泄漏点时被转向而形成的反射信号；
瞬态压力响应模块，被配置为对比管道无泄漏和有泄漏时的瞬态响应压力随时间的变化，找出两种工况下瞬态响应压力的区别，判断是否泄漏；
信号处理模块，被配置为对采集到的动态压力信号进行去噪，并提取有效特征，识别信号奇异点，并结合频域特征进行判断，识别反射波信号,分析反射压力波的到达时间以及压力波的幅频特性,根据压力波在时域中的表现结合频域中的分布判断管道泄漏情况，并根据反射波到达传感器的时间和声波在管内传播速度对泄漏点进行准确定位。


2.如权利要求1所述的一种基于激励响应的油气管道泄漏检测系统，其特征是：所述激励信号包括主动式激励信号和被动式激励信号。


3.如权利要求1所述的一种基于激励响应的油气管道泄漏检测系统，其特征是：所述油气管道的上下游各设有一个储油罐。


4.如权利要求1所述的一种基于激励响应的油气管道泄漏检测系统，其特征是：所述检测模块，包括至少设置在油气管道的上游的一动态压力传感器，动态压力传感器于A/D采集卡连接，所述A/D采集卡与处理器连接。


5.一种基于激励响应的油气管道泄漏检测方法，其特征是：包括：
产生激励信号，传输至待检测的油气管道上；
利用动态压力传感器实时检测由激励信号产生的压力波传播过程中，瞬态信号到达管道边界处和/或泄漏点时被转向而形成的反射信号；
将采集到的动态压力信号进行去噪处理，并提取有效特征，识别信号奇异点，并结合频域特征进行判断，识别反射波信号；
对比管道无泄漏和有泄漏时的瞬态响应压力随时间的变化，找出两种工况下瞬态响应压力的区别，判断是否泄漏；
分析反射压力波的到达时间以及压力波的幅频特性,根据压力波在时域中的表现结合频域中的分布判断管道泄漏情况，并根据反射波到达传感器的时间和声波在管内传播速度对泄漏点进行准确定位。


6.如权利要求5所述的一种基于激励响应的油气管道泄漏检测方法，其特征是：采集到的动态压力信号经小波变换进行去噪处理。


7.如权利要求5所述的一种基于激励响应的油气管道泄漏检测方法，其特征是：将反射波信号采用短时傅里叶变换，转化到频域，信号的频率特性是信号自身的固有特性，在泄漏孔处的频率信号与管道内的频率信号有明显的不同，通过对泄漏信号频率波段的分析，辅助识别泄漏信息。


8.如权利要求5所述的一种基于激励响应的油气管道泄漏检测方法，其特征是：无未知...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘翠伟，李玉星，崔淦，张毅，毛宁，胡其会，韩辉，尹渊博，崔兆雪，廖艺涵，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，南京惟真智能管网科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37