基于瞬变反问题分析的燃气管道漏失检测研究

摘要

随着我国整体发展速度加快，天然气的使用量逐年升高，针对天然气本身的性质特点，我国燃气输送基本采用管道运输的形式，因为管道通常埋在地下，在长时间使用过程中受到腐蚀、老化、第三方破坏等多方面因素的影响下会引起泄漏事故，事故将直接造成资源浪费、环境污染等一系列巨大损失，因此及时发现燃气管道泄漏事故的发生，并准确判断管道泄漏发生的方位以及泄漏量，对燃气管道安全至关重要。
　　根据基本控制方程，本文通过给出特定的边界条件建立适合燃气管道泄漏检测的瞬变正问题数学模型。选择特征线法结合MATLAB对燃气管道漏失瞬变流模型进行求解。燃气枝状管网瞬变流程序不同于长直管道之处在于存在交叉节点，交叉节点处特征线方程经过简化为四元二次方程，利用拟牛顿法进行迭代求解。
　　本文在燃气管道漏失的瞬变分析的基础上，根据计算得到的各个压力监测点在管道不同泄漏工况下的压力值，采用相关函数法对燃气长直管道和枝状管网的各个节点进行敏感性分析，通过对比各节点的相关性系数，计算得到的相关性系数越大的节点，该处发生燃气泄漏的可能性也就越大，从而确定管道泄漏点的位置。
　　在燃气管道瞬变分析所得的状态参数及敏感性分析结果的基础上，建立燃气管道漏失的反问题数学模型，以管道末端阀门瞬间关闭引起的管内瞬变流作为系统的激励,以压力监测点得到的压力值作为系统的响应,以泄漏量作为系统的待求解参数。考虑到天然气自身的压缩特性以及燃气管道的搜索空间较大，为防止求解过程中出现局部最小化，本文采用具有全局寻优特点的遗传算法对压力的测量值与计算值之间的偏方差进行最小化处理，结合MATLAB编程进行求解，通过不断迭代和修正的过程，确定管道泄漏量。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外管道泄漏检测技术研究现状

1.2.1 管内流动状态检测方法

1.2.2 管壁检测方法

1.2.3 管外检测方法

1.2.4 国内外研究现状总结

1.3 本文的主要工作

第2章 水力瞬变流及反问题分析理论

2.1 水力瞬变流理论

2.1.1 燃气流动基本控制方程

2.1.2 燃气管道压力分级

2.1.3 摩阻计算公式

2.1.4 定解条件

2.2 管道瞬变流求解方法及模型建立

2.2.1 数值解法

2.2.2 管道正常工况的理论基础

2.2.3 管道泄漏工况的理论基础

2.3 反问题分析理论

2.3.1 反问题分类

2.3.2 瞬变反问题的求解方法

2.4 本章小结

第3章 燃气管道漏失检测正问题分析

3.1 燃气长直管道泄漏模拟

3.1.1 水力瞬态分析程序框图

3.1.2 燃气长直管道模拟工况结果及分析

3.2 燃气枝状管网漏失模拟

3.2.1 水力瞬态分析程序框图

3.2.2 燃气枝状管网模拟工况结果及分析

3.3 本章小结

第4章 燃气管道漏失检测反问题分析

4.1 基于压力敏感性模型判断泄漏位置

4.1.1 燃气长直管道泄漏敏感性分析

4.1.2 燃气枝状管网泄漏敏感性分析

4.2 应用遗传算法求解漏失量

4.2.1 瞬变反问题分析程序框图

4.2.2 燃气长直管道算例分析

4.2.3 燃气枝状管网算例分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢