天然气输送管道泄漏音波信号传播与衰减特性研究

随着我国天然气长输管道和城市燃气输配管道的飞速发展，输气管线泄漏检测技术的研究和应用对于输气管线系统的安全运行起着越来越重要的作用。本项目基于音波泄漏检测技术原理，进行输气管线音波泄漏检测技术的基础性研究。课题拟通过理论研究，确定长输管线泄漏时产生的音波信号在管线中的传播特征及其影响因素，建立泄漏音波信号在管道介质中的传播模型，从而深入研究音波信号在管线介质中的传播特性和衰减特性；并利用现有的高压输气管道泄漏检测和定位装置，模拟长输天然气管线泄漏工况和各种干扰工况，采集泄漏音波信号和各种干扰信号，并对其进行时域、频域等信号分析，通过小波变换滤除噪声，并提取泄漏时的音波信号的几种特征量，进行对比分析，最终提取适应于长输天然气管道的泄漏音波特征量，进行泄漏判断。从而为输气管道音波泄漏检测技术的发展以及应用奠定理论基础。

随着天然气长输管道和城市燃气输配管道的发展，泄漏检测技术的研究和应用对输气系统的安全运行起重要作用。本项目基于音波泄漏检测技术原理，进行了输气管线音波泄漏检测技术的基础性研究。通过理论研究，（1）完成了气体泄漏时音波信号的特点及传播特性研究：1）完成了泄漏音波信号的产生机理及其影响因素的敏感性分析，得到了不同的泄漏量，气体的流动参数以及管线直径、材质等因素对音波信号的动态压力以及频率范围等参数的影响规律；2）建立了泄漏音波信号在管路中的传播模型，确定了长输管线泄漏时产生的音波信号在管线中的传播特征及其影响因素，从而对音波信号在管线介质中的传播特性和衰减特性进行了深入研究，得到了泄漏量、泄漏孔径、泄漏位置、管径、管长、管线压力、气体组分和密度及温度变化、管线分支以及阀门等对音波信号在管道中传播和衰减特性的影响规律，确定了主要的影响因素；（2）完成了微弱音波信号的识别和提取：1）利用现有的高压输气管道泄漏检测和定位装置，模拟长输天然气管线泄漏工况，采集泄漏音波信号并对其进行信号分析，通过小波变换滤除噪声，并提取泄漏时的音波信号的几种特征量，得到了管线在无外界干扰时，仪器、仪表等的引起噪声、采集系统和输送过程中的随机噪声、工业现场的电磁干扰等对泄漏音波信号的影响，并利用时域分析、频谱分析和相关性分析等分析并提取泄漏音波信号的有效特征，从而滤除这部分噪声的干扰；2）完成了各种常见干扰工况下如正常的启停压缩机、阀门调节以及管线敲击和挤压等泄漏信号特征量的识别和提取；3）二者进行对比分析，从而确定滤波方法，最终提取适应于长输天然气管道的泄漏音波特征量，进行泄漏判断。总之，研究结果为输气管道音波泄漏检测技术的发展以及应用奠定了理论基础。