气液混输管道泄漏声波产生机理与传播特性研究

The safety of Gas liquid multiphase flow pipelines is always a difficult problem in the process of the safe operation of pipeline maintenance. Coupling the acoustic method of leak detection technology and the theory of multiphase flow, the generation mechanism and propagation characteristics of leakage acoustic signal in Gas liquid pipelines are studied. First, the sensitivity of Gas liquid multiphase flow pipelines leakage acoustic characteristics and the leakage acoustic vocal mechanism and acoustic source characteristics are analyzed. And built the Gas liquid multiphase flow pipelines leakage acoustic characteristics model under different flow patterns and the characteristics database of flow noise. Secondly, the mechanism and influencing factors of acoustic signal propagation and attenuation in different flow regimes of gas liquid mixed pipelines are studied by the combination of theory, numerical simulation and experiment, then to deduce the leak acoustic velocity under different flow pattern, and to build a corresponding flow pattern of acoustic attenuation model. Finally, the filtering method and signal processing technique for acoustic wave propagation in gas liquid mixed transportation pipelines based on the technology of modern signal are studied, and the correspond characteristic values of acoustic signal propagation in pipeline leakage under the condition of fluid flow and pipeline is obtained, and develops a new acoustic signal processing method for gas liquid pipelines, so as to accurately detect pipeline leakage, then lays a theoretical foundation for the establishment of oil and gas-liquid mixing transport system.

气液混输管道安全问题一直是管道安全运行维护过程中的难点问题。本课题耦合声波法泄漏检测和多相流理论，研究气液混输管道中泄漏声波产生机理和传播特性。首先分析气液两相流管道发生泄漏时的声波特性敏感性和气液两相流管道流体流动背景噪声产生机理，建立不同流型下两相流管道泄漏时声波信号特征模型和气液两相流管道流体流动的噪声特征数据库；其次通过理论、数值模拟和实验相结合的方法，深入研究不同流型情况下声波传播和衰减规律及其影响因素，分别推导不同流型下泄漏声波声速公式和建立相应流型下的声波衰减模型；最后基于多种现代信号技术的声波特征提取方法研究适合气液混输管道泄漏声波传播的滤波方法和信号处理技术，得到流体流动条件和管道条件下管道泄漏声波传播的特征值，形成气液混输管道声波信号处理新方法，实现准确管道泄漏检测判断，为气液混输管道泄漏检测系统的建立奠定理论基础。

气液混输管道泄漏检测技术是管道运行管理中的关键技术，是管道安全运行的必要保障。本课题针对气液混输管道中泄漏声波的产生机理、传播特性以及信号处理等基础问题，采用理论、实验和模拟相结合的方法，建立了适用于气液混输管道的声波法泄漏检测技术。通过研究：（1）完成了气液混输管道泄漏声波产生机理的研究，明确了不同流型下气液混输管道泄漏声波的幅值特性和频谱特性及其与单相管道泄漏信号的差异，得到了流型、气液相流量、泄漏孔口方位以及泄漏孔口大小等因素对泄漏声波信号的影响规律；得到了泄漏声波的声源组成，建立了基于水击理论的泄漏瞬时幅值计算模型；建立了段塞流持续泄漏过程中液塞频率的计算模型，得到了气、液相折算速度对液塞频率的影响规律。（2）完成了不同流型下泄漏声波传播机理的研究，得到了分层流中泄漏声波传播过程的波阵面形状及声速计算模型，明确了声波传播的热力学过程；得到了段塞流中泄漏声波声速计算模型以及不同频段的泄漏声波信号的衰减规律。（3）完成了对不同信号处理技术的研究，建立了基于Nyquist采样的泄漏信号处理及泄漏判断技术，得到了时间窗宽度对计算时间的影响规律以及泄漏判断阈值的取值方法；建立了基于压缩感知的泄漏判断及定位技术，确定了稀疏基、测量矩阵、最佳压缩率以及稀疏度的选择方式，并基于压缩感知实现了间歇流流型的判断及泄漏的判断。本课题的研究为基于声波法的气液混输管道泄漏检测技术提供了理论支持，为气液混输管道安全运行管理技术的发展提供了基本理论依据。