基于负压波法的输卤管道泄漏检测技术研究

摘要

管道泄漏检测技术是一门涉及多学科和多领域的技术，其检测方式多样，大都以检测物理量、化学量为基础进行。本文根据输卤管道泄漏与传统石油管道、天然气管道和供水管道的泄漏在传输介质以及管道物理性质上的不同，针对输卤管道中常见的长直自由支撑管道、大泄漏量、单点泄漏问题进行研究。确立了以负压波法为基础的泄漏检测方法，并对相关方法进行分析与改进。设计并搭建输卤管道泄漏检测系统，建立相应实验平台进行实验验证与分析。本文的主要研究内容如下： （1）概述国内外管道泄漏检测技术发展现状，依据人工干预程度对管道泄漏检测技术的相关方法进行分类，参考相关文献总结管道泄漏检测系统的性能评价指标。对不同管道泄漏检测技术进行对比分析，得出使用负压波法的思路。 （2）对管道内瞬变流动进行相关分析，简述负压波法的基本原理，并对不同管道架设条件下的负压波传播速度进行推导和说明。对消噪方法进行比较与分析，得出本文主要使用的小波消噪法，并给出相关基础理论。 （3）使用MATLAB软件平台对泄漏时管内瞬变流动进行仿真，得到泄漏后管道沿线压头变化曲线。结合相关文献，对仿真负压波信号的特点进行分析，并在MATLAB信号库中选取具有相应特点的信号作为原始信号。对比不同信噪比下的消噪效果，得出效果较好的小波基与阈值选取原则的组合。最后，对模式识别方法进行改进与仿真分析，并通过实验数据验证模式识别方法的有效性。 （4）在消噪算法中使用改进阈值函数，解决软阈函数与硬阈值函数的矛盾。在负压波波速计算中，根据卤水粘度小和管内流动性较好的特性，对波速计算公式进行简化。在计算泄漏时间差中，使用双点读取计算时间差，减小随机误差的影响。使用区间二分法以及Romberg算法，缩短泄漏点计算时长。 （5）结合课题要求及相关仿真结果，以STM32开发板及上位机为硬件基础，以MATLAB和C++Builder为软件平台，设计并建立了一套输卤管道泄漏检测系统。在搭建相应实验平台的基础上，通过多组实验方案对比分析，从可靠性、灵敏度、准确性以及鲁棒性对本文的输卤管道泄漏检测系统进行分析评价，验证了系统在实际运用中的可行性。

目录

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第1章 绪论

1.1卤水管道泄漏检测的意义

1.2泄漏检测方法

1.2.1泄漏检测方法分类

1.2.2性能综合评价

1.3负压波法的国内外研究现状

1.3.1国内外现状

1.3.2国内外研究现状分析

1.4论文主要内容与组织结构

第2章 负压波法相关基础理论

2.1管道瞬变流动基本理论

2.1.1输流管道理论分析方法

2.1.2求解方法与边界条件

2.2负压波法基本理论

2.2.1负压波法检测原理

2.2.2负压波传播波速计算公式

2.3信号消噪相关理论

2.3.1经典小波变换理论

2.3.2提升小波变换理论

2.4本章小结

第3章 管道瞬变流动与信号处理方法的仿真分析

3.1管道瞬变流动仿真分析

3.2信号消噪算法仿真分析

3.2.1原始信号样本与加噪

3.2.2小波消噪算法

3.2.3提升小波阈值消噪算法仿真与分析

3.3模式识别方法仿真分析

(1) 分段积分

(2) 基元波形提取

(3) 流量结合判断

3.4本章小结

第4章 精度提升方法的研究

4.1阈值消噪改进

4.2负压波传播速度的计算

4.3泄漏点定位方法改进

4.3.1时间标签点的读取

4.3.2泄漏点的定位计算

4.3.3定位方法实现与性能分析

4.4本章小结

第5章 输卤管道泄漏检测系统设计与实验分析

5.1实验平台设计方案

5.1.1泄漏检测系统结构

5.1.2实验管路结构

5.2实验平台硬件搭建

5.2.1 传感器选择

5.2.2 管路元件选择

5.2.3 ADC采集模块选择

5.2.4 主控单元选择

5.3输卤管道泄漏检测系统软件设计

5.3.1采集系统软件设计

5.3.2数据处理与界面显示软件设计

5.4实验与分析

5.4.1实验方案与实验结果

5.4.2系统性能分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间获得的学术成果

附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目