天然气输气管道泄漏自动检测与定位方法的研究

【摘要】： “西气东输”是标志我国“西部大开发”的四大工程之一，随着这一工程的逐步实施，天然气管道的铺设将迅速增加，因正常腐蚀及人为破坏等原因，造成输气管道泄漏事件发生日益频繁，而管道的泄漏将会造成人身伤害、环境污染和国家经济财产的损失。为了减少损失，减轻管道事故的危害，需要在事故发生后立即检测，并能够准确指明泄漏发生的位置。因此，管道的泄漏检测与定位受到全世界学术界的高度关注，泄漏检测的及时性与准确性就成了该领域的热点研究问题之一。 鉴于天然气长输管道的模型受到流体特性、地势状况、及管道自身的特性等诸多复杂因素的制约，难于建立其精确的数学模型。而新铺设的输气管网均配有SCADA系统，对现场各类数据有了丰厚的准备等因素。本文结合我国管道输送的实际情况和目前现有的各种泄漏检测与定位方法，针对天然气长输管线泄漏故障的特点，提出了基于小波分析和负压波相结合的方法检测泄漏并定位，其中主要进行了以下几个方面的工作： 利用小波变换的多分辨率分解和重构技术，对采集到的管道发生泄漏时产生的负压波信号进行降噪处理，并对小波及小波包优化的降噪效果进行对比性研究；利用小波变换技术对信号奇异点的快速、准确的识别能力，捕捉负压波信号的突变点，从而判断是否有泄漏发生。 若有泄漏发生，利用负压波定位原理来计算泄漏点的位置，即X=(L+vΔt)/2，因此对于v，Δt的精确取得，决定着泄漏点定位的精度。Δt的获得就是利用小波分析技术捕捉泄漏造成上下游压力波突变点的时间差；本文首次提出了对负压波传播速度进行了修正，代替了以往v等于声波在空气中的速度；考虑管内天然气流速对声波传播的影响，引入管内流体流速，修正负压波定位公式，从而提高负压波定位的准确性和可靠性； 仿真实验结果表明利用小波包对负压波信号的降噪处理，和小波变换来识别上下游压力波突变点提高了Δt的精度；而对负压波波速的修正及负压波定位公式的修正，则提高了负压波传播速度v的精度。由此可以看出，管道泄漏检测与定位的及时性、准确性大大提高了。同时仿真实验也说明该方法的正确性。 最后，文中在基于SCADA系统上提出了天然气长输管道的泄漏监测系统的构建方案。 【关键词】：天然气 管道 泄漏 定位 故障诊断 小波 小波包分析 负压波 MATLAB 仿真实验
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TP274.4
【目录】：

• 第一章 绪论7-12
• 1.1 管道运输的发展状况及存在的问题7-9
• 1.2 管道泄漏检测与定位技术国内外研究现状9-11
• 1.3 本文的主要工作和意义11-12
• 第二章 长输天然气管道泄漏的故障诊断方法12-22
• 2.1 天然气集输过程简介12-15
• 2.2 输气管的水力、压力模型15-16
• 2.3 管道泄漏检测方法概述与分类16-22
• 第三章 基于小波分析的管道泄漏负压波信号检测定位方法22-48
• 3.1 管道泄漏检测与定位瞬态负压波法的基本原理22-23
• 3.2 天然气管道泄漏负压波波速的确定23-26
• 3.3 小波分析26-33
• 3.3.1 小波分析的思想来源26-29
• 3.3.2 连续小波变换和离散小波变换29-31
• 3.3.3 多分辨率分析31-33
• 3.4 小波变换对负压波信号的检测33-43
• 3.4.1 传统的信号奇异性检测理论33-34
• 3.4.2 奇异性指数的概念34-35
• 3.4.3 小波奇异性检测及奇异性指标35-37
• 3.4.4 小波变换模极值在多尺度上表征信号突变点的性质37-39
• 3.4.5 利用小波变换对负压波信号进行消噪处理39-43
• 3.5 基于小波变换的管道泄漏负压波信号检测仿真实例43-48
• 第四章 基于小波包分析的管道泄漏负压波信号检测定位方法48-59
• 4.1 小波包的基本原理49-53
• 4.1.1 小波包分解49-50
• 4.1.2 离散小波包分解50-51
• 4.1.3 最优基的选取51-53
• 4.2 利用小波包对负压波进行信号消噪处理53-55
• 4.3 基于小波包变换的管道泄漏负压波信号检测仿真实例55-59
• 第五章 基于SCADA管道泄漏检测系统的设计59-62
• 5.1 系统的组成与特点59-60
• 5.2 监测系统的总体构成60-61
• 5.3 监测系统的软件设计61-62
• 结论与展望62-64
• 附录64-65
• 参考文献65-67
• 致谢67-68
• 发表论文68

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