本发明专利技术是一种光纤传感天然气管道泄漏事件识别方法和装置，涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。它是以管道正常运行和泄漏状况信号的时域特征Pt、频域特征Pf和当前管道传播信号的噪声特性Pn并结合波形识别综合进行分析，建立泄漏置信度函数模型：R＝a1Pt+a2Pf-a3Pn，对拾取的振动波信号进行泄漏评估来判断管道是否发生泄漏，根据现场管道特点设置不同算法参数a1、a2、a3调节置信度模型；所述对泄漏信号进行时域、频域和波形估计是指根据泄漏信号的时变包络特性和突发性、稳定性泄漏事件信号的中心频率分布特性，基于模拟泄漏事件的特征分类，能够准确识别出监测信号是否为泄漏事件。本发明专利技术在管道发生泄漏初级阶段时能及时监测到信号异常并报警且准确率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种一种光纤传感天然气管道泄漏事件识别方法和装置，涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统
技术介绍
目前，世界上建成的管道总长达到250万公里，已经超过铁路总里程成为世界能源主要运输方式，发达国家和中东产油区的油品输运已全部实现管道化。我国管道在近年也得到了较快发展，总长也超过7万公里，已初步形成横跨东西、纵贯南北、覆盖全国、连通海外的能源管网大格局，管道运输成为油气等战略能源的调配输送的主要方式。管道由于跨越地域广，受自然灾害、第三方施工破坏等原因，导致了较多的管道泄漏事故发生。国外管道安全情况也非常不容乐观，美国2010年9月9日圣布鲁诺市发生天然气管道大爆炸，爆炸在路面造成一个长51米、宽9米的大坑。一段长约8米、直径76厘米的管道被炸上天，飞出大约30米远，并引发大范围火灾，导致4人死亡，3人失踪，至少52人受伤，过火面积4公顷，数十桩房屋被烧毁。近年来人们安全、环保意识显著提升，作为高危行业的管道输运安全问题也得到越来越多的重视。目前成熟的技术中对于天然气管道泄漏监测只有声波监测法较为有效，但为了提高对泄漏监测的实时性和漏点定位的准确性，必须在管线上加大传感器的布设密度，同时增加相应的供电、通信设备，造成系统成本以及安装维护费用高昂。随着传感技术的发展国外如美国CS1、ATM0S1、欧洲TER等公司开展了 SCADA泄漏监测系统研究，Sensornet公司也开发了基于分布式光纤温度传感器的泄漏监测系统，部分产品在国内也申请了专利保护；国内天津大学、清华大学、中国人民解放军后勤工程学院等单位也对管道的泄漏监测方法做了深入研究。专利CN200410020046. 6公开了一种基于干涉原理的分布式光纤油气管道泄漏监测方法及监测装置。该监测系统要求在管道附近沿管道并排铺设一根光缆，利用光缆中的光纤组成一个光纤微振动传感器。专利CN200620119429、CN200610113044. O均为基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，专利CN200610072879. 6是一种基于分布式光纤声学传感技术的管道泄漏监测装置及方法。《传感器与微系统》第26卷第7期的“基于分布式光纤传感器的输气管道泄漏检测方法”公开了一种基于分布式光纤传感器的输气管道泄漏检测装置和方法，它是在具有一定间隔的管道本体上安装光纤传感器，连续实时监测沿管道本体传播的振动波信号，对采集的振动波信号进行分析处理，包括类型识别和振动源定位，其中类型识别为通过对振动波特征的提取分析判别其是否属于泄漏类型，同时根据振动波传播到相邻几个光纤传感器的时间延迟结合振动波在管道本体上的传播速度确定振动波源所在的位置，传感器输出的光强信号经光电转换后实现泄漏点的位置的确定。CN1837674A公开了一种基于分布式光纤声学传感技术的管道泄漏检测装置及方法。US2006/0225507A1公开了一种基于分布式光纤传感器的管道泄漏检测装置及方法。上述技术均属于分布式光纤传感监测方法。但该类技术监测泄漏时受到管道周围所发生的干扰事件的影响，具有很高的系统虚警率，抗干扰能力较差。传统基于声传感器的泄漏检测方法，以需供电的压力传感器作为声音信号的拾取装置，通常在管道进出场站或阀室的两端安装两个传感器，在泄漏信号获取上仅仅能够获得一个时间差，对泄漏事件的定位精度较差，且由于获得的信号频道较窄，难于实现泄漏和随机振动干扰的区分，系统误报较多。
技术实现思路
本专利技术的目的是专利技术一种基于光纤传感的高灵敏度准分布式泄漏振动监测系统 在管道发生泄漏初级阶段时及时监测到信号异常并报警准确率高的光纤传感天然气管道泄漏事件识别方法和装置。鉴于上述几类泄漏检测、监测技术存在的灵敏度低、虚警率高、易受环境因素影响等问题，基于准分布式光纤干涉传感技术的天然气管道泄漏监测系统采用高灵敏度传感单元并结合泄漏事件的时域、频域特征有针对性的进行了克服。利用与管道同沟铺设的光纤以及光复用技术实现光纤振动传感器的信号远距离传输研制的适用于天然气管道的光纤泄漏检测装置，解决了电传感器供电及远距离通信的难题，可以较为密集地布设光纤振动传感器，提高拾取泄漏信号的频谱宽度，增加有效特征信息量。具有较高泄漏振动传感灵敏度的天然气管道泄漏监测系统是通过增加干涉仪两传感臂的长度和空间距离从而实现了干涉仪对振动信号的感应灵敏度的提高，在对环境随机振动干扰的抑制方面采用了泄漏信号的智能识别技术，有效区分了随机偶发振动和突发性、持续性泄漏信号，并且结合相邻的多个传感单元同时获取的泄漏信号时延，更加准确的实现了泄漏点的定位。本专利技术是建立在具有高灵敏度的准分布式光纤传感泄漏振动监测方法的基础之上的，而具有高灵敏度的准分布式光纤传感泄漏振动监测方法是在具有一定间隔的管道本体上安装高灵敏度光纤干涉型泄漏光纤传感器，连续实时监测沿管道本体传播的振动波信号，对采集的振动波信号进行分析处理，包括类型识别和振动源定位，其中类型识别为通过对振动波特征的提取分析判别其是否属于泄漏类型，同时根据振动波传播到相邻几个光纤传感器的时间延迟结合振动波在管道本体上的传播速度实现对振动波源所在位置的确定，实现上述的对振动波信号分析处理后对泄漏事件进行报警同时提供泄漏点的位置信息。本专利技术在采用高灵敏度光纤传感器提高对泄漏事件监测灵敏度的基础上适当增加了光纤传感器的数量，扩展了可拾取监测信号的频段，并结合多个光纤传感器进行的时延估计定位方法保证了系统定位的准确性。当泄漏发生时，泄漏激发管道产生振动波，振动波以速度V沿管道传播，其中两个相邻的传感单元间隔为设定值L，设信号传播至传感单元η的时间为tn，传播至传感单元n+1的时间为tn+1，信号传播至传感单元η-l的时间为V1，传播至传感单元n+2的时间为tn+2，有下式成立X1 = j= yX3 = L - —X4 = —其中未知参量(tn+「tn)、(tn_「tn+1)、(tn+2-tn)和(WV1)可以通过对对应几个传感单元接收到的信号进行相关处理得到，这样就形成了对事件发生位置X同一未知量的多次观测，联合连续多个传感单元接收信号时间差，相比仅采用两个传感单元的时间差测量方式具有更为准确的定位效果。在基于光纤传感的天然气管道泄漏监测方法的基础上，为了对环境随机振动干扰进行抑制，本专利技术采用的智能识别方法是以管道正常运行和泄漏状况信号的时域特征Pt、频域特征匕和当前管道传播信号的噪声特性？ 并结合波形识别综合进行分析，建立泄漏置 信度函数模型R = aiPt+aff-afn，对拾取的振动波信号进行泄漏评估来判断管道是否发生泄漏，根据现场管道特点设置不同算法参数&1、a2、a3调节置信度模型。对泄漏信号进行时域、频域和波形估计是指根据泄漏信号的时变包络特性和突发性、稳定性泄漏事件信号的中心频率分布特性，基于模拟泄漏事件的特征分类，能够准确识别出监测信号是否为泄漏事件。利用与油气管道同沟敷设的普通通信光缆中光纤分别作为收、发传输光纤，将管道泄露光纤传感探头通过光复用技术相互并联接在收发传输光纤之间，形成光回路，管道泄露光纤传感探头均匀布设在管道沿线，形成可监测管道声震动的光纤传感系统。利用光源对各个管道泄露光纤传感探头扫描，根据管道泄露光纤传感探头的分布情况对采本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光纤传感天然气管道泄漏事件识别方法，其特征是以管道正常运行和泄漏状况信号的时域特征Pt、频域特征Pf和当前管道传播信号的噪声特性Pn并结合波形识别综合进行分析，建立泄漏置信度函数模型：R＝a1Pt+a2Pf?a3Pn，对拾取的振动波信号进行泄漏评估来判断管道是否发生泄漏，根据现场管道特点设置不同算法参数a1、a2、a3调节置信度模型；所述对泄漏信号进行时域、频域和波形估计是指根据泄漏信号的时变包络特性和突发性、稳定性泄漏事件信号的中心频率分布特性，基于模拟泄漏事件的特征分类，能够准确识别出监测信号是否为泄漏事件。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张金权，王小军，焦书浩，王飞，刘素杰，赵敏琴，李刚，崔海龙，于立成，张浩，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油天然气管道局，
类型：发明
国别省市：
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