一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法技术

本发明专利技术公开了一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法，其方法步骤如下：S1：利用质量守恒和动量守恒方程对管道进行时空模型建立；S2：设计自适应状态观测器；S3：通过实时测量值计算泄露点的位置，首先运用自适应控制的思想，将泄露点的流速和位置视为基于一组双耦合的双曲线型偏微分方程的自适应观测器中的未知参数，运用了反步变换法将系统动态参数转移，泄露量作为扰动进入到边界条件中，使该系统独立于泄露点的位置，即与系统输出与泄露点无关，因此无论是在静止还是瞬态的情况下，无论泄漏发生在何处或如何分布，都可以进行泄漏检测并估计其大小，本发明专利技术不局限于单纯的检测，还能估计泄露点的流速和定位泄露的位置。定位泄露的位置。定位泄露的位置。

A method of pipeline leakage detection, leakage velocity estimation and leakage location under flowing conditions

【技术实现步骤摘要】
一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法


[0001]本专利技术涉及输送管道泄露检测
，具体是一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法。

技术介绍

[0002]随着管道运输行业的蓬勃发展,运输管道的安全隐患问题日益严重,管道的安全运营问题也引起了人们的广泛重视，例如，石油是众多工业的基础，是一个国家的能源命脉，对于石油的管道运输，管道泄露不但会造成环境破坏，还会产生济损失，严重可能会影响国家安全，对于农业，水灌溉渠道中的泄漏检测，工业上油井钻井作业中的井涌或损失检测也十分重要。目前检测技术可分为硬件和软件两大类，硬件检测技术依赖于管道沿线安装的物理设备，对于线路较短的管道还尚可，一旦到了远距离输送管道的场合，随着物理设备的增加，整个检测系统的可靠性下降，且检修人员雇佣及设备维护更换使得成本剧增，而软件检测技术适用于仪表有限的情况，仅在管道入口和出口处利用仪表进行管道流量和压力的测量。软件检测技术又可分为两类，一种是将管道作黑匣子处理，对测量值进行统计分析。质量或体积平衡检测技术是以质量守恒原理为基础的，输入和输出气体质量或体积之间的不平衡可以发现泄漏的存在，可利用现有管道设备测量，优点是成本相对较低，然而，平衡技术在瞬时方面表现较差，如果发生了小的泄漏，需要较长时间才能检测到，实时暂态建模技术实时性好，缺点是价格昂贵，因为它需要大量的仪器来实时收集数据，使用的模型很复杂，因此对使用者有较高的要求。
[0003]目前对于输送管道泄露检测的方法还是具有颇多局限性，有待进一步改进，为此，我们提出一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法对其进行优化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法，其方法步骤如下：
[0007]S1：利用质量守恒和动量守恒方程对管道进行模型建立；
[0008]S2：设计自适应状态观测器；
[0009]S3：通过实时测量值计算泄露点的位置。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：所述S1中，长度为L的管道内单相流体流动的一维质量守恒和动量守恒方程为：
[0011][0012][0013]f0(0,t)＝f0(t),p(τ,t)＝p
τ
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0014]其中τ∈[0,L]，时间t≥0，p(τ,t)为压力，f(τ,t)为体积流量，α为流体的体积模量，ρ为流体的密度，S为管道的横截面面积，F为摩擦因数，g为重力加速度，θ(τ)为管道在τ位置的倾斜角,下标表示偏导数。式(1)和(2)中的最后一项描述了泄漏，其中ψ是管道上的总泄漏大小，φ(τ)将泄漏分布定义为τ的函数。
[0015][0016][0017]管道入口和出口处的流量和压力是唯一可用的测量值。它们分别表示为f0(t)、p0(t)、f
L
(t)和p
L
(t)。
[0018][0019][0020]f(0,t)＝f0(t),p(L,t)＝p
L
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0021]通过坐标变换式，将式(1)～(3)物理模型映射得到以下管道模型。
[0022][0023]其中
[0024][0025][0026][0027][0028]作为本专利技术再进一步的方案：所述S2中，设计系统观测器，进行管道的泄漏检测和泄漏量大小的估计，由上述的管道模型(9)得到观测器
[0029][0030]其中，G为输出校正增益，f
i
和p
o
为任意常数用于调整原点位置，且
[0031][0032]观测器增益为
[0033][0034]其中K为中间变量。
[0035]作为本专利技术再进一步的方案：所述S3中，制定管道泄露位置的定位方法。
[0036]假设在位置τ
*
∈(0,L)处存在一个泄漏点，选择任意Γ>0，使得(τ
*
‑
Γ,τ
*
+Γ)∈(0,L)，由式(4)和(5)得到泄露点的位置的上界为
[0037][0038]泄露点的位置的下界为
[0039][0040]综上，泄露点观测值由于Γ是任意的，当即可以推断出泄露点的位置。
[0041]以此类推，当出现两个泄露点，且它出现在处时，泄漏点的尺寸分别为ψ1>0和ψ2>0，我们得到，当t
→
∞时，泄露点的位置为
[0042][0043]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0044]1、本专利技术多次化繁为简，首先运用自适应控制的思想，将泄露点的流速和位置视为基于一组双耦合的双曲线型偏微分方程的自适应观测器中的未知参数，对于管道的泄露检测，运用了反步变换法将系统动态参数转移，泄露量作为扰动进入到边界条件中，使该系统独立于泄露点的位置，即与系统输出与泄露点无关，因此无论是在静止还是瞬态的情况下，无论泄漏发生在何处或如何分布(单个或多个泄漏)，都可以进行泄漏检测并估计其大小，(静止情况下，泄漏量仅仅等于流入减去流出)，本专利技术不局限于单纯的检测，还能估计泄露点的流速和定位泄露的位置。
附图说明
[0045]图1为流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法中发生泄露的管道示意图。
[0046]图2为流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法中泄露点流速和位置的实际值与检测值比较示意图。
[0047]图3为流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法中为泄露点位置的实际值与检测值比较示意图。
[0048]图4为流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法中系统状态估计误差示意图。
[0049]图5为流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法中的流程图。
具体实施方式
[0050]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0051]请参阅图1～5，本专利技术实施例中，一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法，其方法步骤如下：
[0052]S1：利用质量守恒和动量守恒方程对管道进行模型建立；
[0053]S2：设计自适应状态观测器；
[0054]S3：通过实时测量值计算泄露点的位置。
[0055]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法，其特征在于：其方法步骤如下：S1：利用质量守恒和动量守恒方程对管道进行时空模型建立；S2：设计自适应状态观测器；S3：通过实时测量值计算泄露点的位置。2.根据权利要求1所述的流动条件下管道泄漏检测、泄露流速估计与泄露定位的方法，其特征在于：所述S1中，长度为L的管道内单相流体流动的一维质量守恒和动量守恒方程为：为：f0(0,t)＝f0(t),p(τ,t)＝p
τ
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中τ∈[0,L]，时间t≥0，p(τ,t)为压力，f(τ,t)为体积流量，α为流体的体积模量，ρ为流体的密度，S为管道的横截面面积，F为摩擦因数，g为重力加速度，θ(τ)为管道在τ位置的倾斜角,下标表示偏导数。式(1)和(2)中的最后一项描述了泄漏，其中ψ是管道上的总泄漏大小，将泄漏分布定义为空间变量τ的函数。将泄漏分布定义为空间变量τ的函数。管道入口和出口处的流量和压力是唯一可用的测量值。它们分别表示为f0(t)、p0(t)、f
L
(t)和p
L
(t)。(t)。f(0,t)＝f0(t),p(L,t)＝p
L
(t)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓东，蔡明兴，阳春华，肖宇，滕林斌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：