可燃气体管道泄漏检测方法的研究

摘要

近年来，可燃气体以其清洁、高效、方便运输等优点，被广泛的使用在城市生活和石油化工生产中。管道运输是燃气输送的主要方式，然而受自然灾害、管道老化以及人为破坏的影响，管道在运行的时候难免会发生泄漏。及时发现管道泄漏并对泄漏孔进行定位，对于保障管道安全运行、减小经济损失有着重要的意义。本文以大连造船厂乙炔管道输送为背景，采用理论与仿真相结合的方式，对基于负压波的可燃气体管道泄漏检测方法做了研究。以此方法为基本检测原理，为造船厂提供了管道检漏设计方案。 首先，本文阐述了基于负压波的可燃气体管道检漏的原理，根据负压波在管道中的传播特性推导出泄漏孔的定位公式，并对可能会影响定位精度的因素作了分析。根据流体力学的基本理论建立了管道中气体流动的数学模型。根据计算精度要求、管道特点利用ICEM CFD建立了管道泄漏二维模型，网格划分采用四边形网格。在FLUENT中对管道正常情况和泄漏情况分别进行了仿真，得到了燃气管道泄漏后管道首末两端气体压力和流量的变化规律。 其次，本文对泄漏孔定位方法做了研究。为模拟真实的工业现场信号，本文对仿真得到的压力信号加入噪声，并利用小波模极大值去噪法对含噪信号进行去噪处理。针对泄漏孔定位中时间差的计算（压力信号突降点的识别）问题，采用模极大值与奇异性的关系来解决。对去噪信号进行突降点的识别，从而计算泄漏孔位置。此外，还对管道上不同位置的泄漏孔也做了仿真，计算了定位误差。 最后，基于以上研究，对大连造船厂进行了乙炔管道检漏方案设计，包括系统的整体结构以及传感器的选型和分布。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.2.1 课题的研究背景

1.2.2 课题的研究意义

1.3 管道泄漏检测技术的国内外研究现状

1.3.1 直接检测法研究现状

1.3.2 间接检测法研究现状

1.4 本课题主要研究内容

2 基于负压波的燃气管道泄漏检测原理

2.1 负压波的产生

2.2 管道泄漏孔的定位原理

2.3 泄漏定位精度的主要影响因素分析

2.3.1 管道内气体流速

2.3.2 管道内负压波的传播速度

2.3.3 负压波传播到管道首末两端的时间差

3 可燃气体管道泄漏的仿真研究

3.1 计算机流体力学概述

3.1.1 计算机流体力学简介

3.1.2 计算机流体力学的求解过程

3.1.3 仿真软件介绍

3.2 管道内气体流动的数值计算模型

3.2.1 气体流动的控制方程

3.2.2 控制方程的离散方法

3.3 管道泄漏仿真模型

3.3.1 管道泄漏模型的建立及网格无关性检验

3.3.2 求解选项及边界条件设置

3.4 管道泄漏的仿真结果及分析

3.4.1 管道正常运行的仿真结果及分析

3.4.2 管道泄漏的仿真结果及分析

4 基于小波分析的泄漏定位方法的研究

4.1 小波分析基本理论

4.2 基于小波变换模极大值的信号去噪方法

4.2.1 模极大值简介

4.2.2 信号奇异点的小波变换模极大值的尺度传播特性

4.2.3 白噪声小波变换模极大值的尺度传播特性

4.2.4 信号去噪算法

4.2.5 信号去噪结果

4.3 管道泄漏孔的定位

4.3.1 压力突降点的识别

4.3.2 泄漏孔定位结果

5 乙炔管道泄漏检测方案设计

5.1 问题提出的背景

5.2 现场工艺参数

5.3 传感器选型及分布

5.3.1 FLUENT仿真

5.3.2 传感器选型

5.2.3 传感器分布

5.4 系统总体结构

结论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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