基于声发射技术的输气管道泄漏监测系统设计与分析

摘要

管道输送是石油天然气等介质的主要输送方式，我国现有管线多已进入事故多发期，实现对管道运行环境的动态监测是保障管道输送正常运行的必要条件。已有的多种管道监测检测技术均不能满足管道监测有效性、实时性、适应性等多方面的要求。
　　声发射技术利用材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波，对材料状态进行评价。本文从声学理论入手，给出管道泄漏的数学物理模型，通过对天然气管道和大气中声衰减的建模、仿真和实验，得出了天然气管道中声衰减与频率的关系曲线，验证了声发射技术对管道泄漏监测的可行性。给出了管道泄漏定位的互相关算法，并从管道泄漏所产生的负压波传播到管道两端时下降沿的清晰程度、管道内压力波传播速度的误差、管道两端的次声波传感器所捕捉到的负压波到达的时间误差、流体的流速和压力信号的采样周期等角度讨论了管道泄漏定位的误差影响因素。
　　基于上述理论基础，本文设计了基于声发射技术的输气管道监测系统，该系统由次声波传感器和数字化网络传输仪串联组成的硬件系统，和包括小波分析、人工神经网络等多种数字信号处理方法的软件系统组成。硬件系统实现对管道内声波模拟信号的采集、然后转换成数字信号并保存和传输到服务器；软件部分则通过对数字信号的解析和处理，实时监测管道运行状态，并在管道发生泄漏时对泄漏位置经行定位。通过控制阀门的大小模拟多种泄漏状态，排空实验验证了系统对一般泄漏规模的定位的有效性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 声发射、泄漏基本概念

1.3 国内外研究现状

1.4 主要技术方法及比较

1.5 本文主要内容

2 管道泄漏模型与定位精度分析

2.1 管道泄漏的物理模型

2.2 管道声传播衰减

2.3 管道泄漏定位精度分析

2.4 本章小结

3 管道监测硬件系统

3.1 管道监测系统硬件组成

3.2 次声波传感器

3.3 数据采集传输系统

3.4 本章小结

4 监测信号处理方法与软件系统

4.1 监测信号处理方法

4.2 监测信号处理流程

4.3 管道监测软件系统

4.4 本章小结

5 管道泄漏监测系统的实现与应用

5.1 系统总体设计方案

5.2 管道监测系统应用实例

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况