基于管内智能探测球的长距离海底管线漏损检测技术研究

A large number of submarine pipelines were laid in island area for long-distance water diversion and insular water supply, due to lack of freshwater resources. However, the pipeline leakage often occur, which takes too long time to find the leakage location, sometimes leading water supply interruption for months. The leakage of the pipelines results in the government investment can not be used effectively, causes water supply interruption, and brings about an adverse impact on the economy and people's livelihood. This study will combine with the leakage detection sensor and in-pipe detection ball, to develop a mobile intelligent detection technology for the very tiny leakage, which will improve the service leve of the submarine pipeline and ensure the safety of "underwater lifeline". Through the analysis of frequency spectrum characteristics of the leakage sound and the background noise, the leakage noisy identification algorithm will be developed. The experimnet study of hydrodynamic characteristics of the in-pipe detection ball will be done. The optimization design parameters of detecting-ball will be gived. Finally, The two key technology about "leakage recognization" and "leakage location" need to be break through, expecting to recognize the very tiny leakage point and achieve high precision for long-distance submarine pipelines, in which the installation of leakage testing instrument is very inconvenient. This technology is also can be used for long-distance water distribution pipeline on the land.

海岛地区淡水资源缺乏，需通过大量敷设海底输水管线来进行远距离引水和岛际供水。然而海底输水管线经常发生漏损，特别是长时间无法找到漏损位置，有时输水中断长达数月，不仅导致国家投入巨资的输水管道无法有效利用，而且造成供水紧张，给经济与民生带来不利影响。本研究将漏损检测传感器与管内探测球相结合，研发可连续检测微小漏损的移动智能探测技术，对提升海底管线的运行服务水平，保障"海底生命线"安全具有重要意义。本研究通过分析管内漏损声和背景噪音的频谱特征，研发从嘈杂噪音中辨识漏损的算法；通过研究管内探测球动力学特性与周围流场，分析探测球的运行轨迹，提出探测球参数优化设计和运行距离定位的方法。重点突破"辨声"和"定位"两项关键技术，有望检测出极微小的漏损点和达到极高的定位精度，是长距离海底管线等管外安装检测仪器极不方便的环境中进行渗漏检测的有效方法，该技术同样也适用于陆上长距离跨区域输配水管线的渗漏检测。

管道漏损探测球是将水声传感器与管内探测球相结合，探测球在管道内部由水流推动滚动前进，根据漏损引起的特征水声识别与球体行进距离定位漏损点。本课题研究要点为漏损辨识和探测球运动定位两个方面。通过分析管内漏损声音，分离环境噪音，识别漏损声信号，反演管道漏损状态；研究探测球运动特征规律，分析出对应漏点的探测球位置。主要目的是管内探测球的参数设计与定位、管内漏损声频谱特征分析与漏损源参数辨识。.课题通过分析管内漏损声和背景噪音的频谱特征，研发了从嘈杂噪音中辨识漏损的算法；通过分析管内探测球动力学特性与周围流场，给出了探测球的设计参数建议，并初步研发了探测球实物装置。初步研究结论如下：（1）得到了在给定工况下球体爬坡所需的极限来流速度,以及平直管道上探测球的稳定行进速度。球体运动速度大小与球体比重成反比关系，与球体直径比成正比关系；越轻、越光滑的球体越容易产生滑移，因此设计以记录球体滚动圈数来定位的探测球时，要注意修正球体滑移所产生的误差。（2）在设计探测球时，考虑到爬坡时的通过性和球体运动的稳定性，应选择比重介于1.1至1.2之间、直径不大于管径1/2的探测球，同时可适当增加球外壁粗糙度以增加球体的稳定性。（3）合理设计探测球内部重量分配，可使探测球在管道底部沿同一轴线滚动，从而使利用转动计数来估算行进距离成为可能，但要注意累计误差的校正。（4）不同漏损条件（漏损口大小和形状、管内压力和流速）和不同管道条件（管材和埋设环境）下，漏损声信号具有区别于背景环境噪音的时域和频域特征，可以通过其与管道主要漏损参数间的相关性，反演管道漏损程度。（5）通过微机嵌入式系统开发，提出了探测球滚动计数算法，初步实现了智能探测球的滚动计数定位和漏损声的探测记录，完成了漏损探测球装置的初步研发。.探测球和漏损声的检漏技术融合了球体通过性优良和漏损声信号检测直接的特点。国外虽有类似产品的出现，但检测服务费用昂贵，其核心技术严格保密，如果国内没有同等技术水平，国外企业很容易设置技术壁垒，研发具有自主知识产权的供水管网管内漏损探测技术意义重大。该检测方法是长距离海底管线等管外安装检测仪器极不方便的环境中进行渗漏检测的有效方法，对于陆地上长距离跨区域输配水管线的渗漏检测也具有较高效率。