[发明专利]一种基于瞬变反问题的非金属管道泄漏定位方法

说明书

本发明针对城市燃气管道泄漏检测定位问题，提出了一种基于瞬变反问题的非金属管道泄漏定位方法，首先分别采集气体管道在有无泄漏情况下压力和流量的数据，进行数据分析后，找到管道有无泄漏的规律。若管道泄漏，对其建立瞬变流反问题的数学模型。在此基础上，计算出不同泄漏工况下各个压力检测点的理论压力值，结合相关函数方法和压力监测值对比，然后敏感性分析燃气管道的每个假定泄漏点，比较各点相关性系数的大小。本发明将管道检漏问题转化为系统优化问题。该方法适用于非金属管道泄漏的检测和定位，并且投入成本小，具有较好的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及非金属管道泄漏检测技术领域，特别是涉及一种基于瞬变反问题的非金属管道泄漏定位方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，清洁能源的需求也在不断地加大，近年来，因管道发生泄漏引起的安全事故时有发生，事故将直接造成资源浪费、环境污染等一系列巨大损失，因此及时发现燃气管道泄漏，并准确判断管道泄漏发生的方位以及泄漏量，对燃气管道安全至关重要。一般情况下，输气管道的非稳态工况主要是由于开启或关闭管道内压气站或阀门、管道的堵塞以及管道发生泄漏或者断裂等事故造成的快瞬变，所谓的反问题分析法即已知结论反推原因。基于瞬变反问题的方法对燃气管道进行泄漏检测属于参数识别反问题，即以泄漏管道采集的各测压点的压力或流量值，判断泄漏量或泄漏点的位置。

对流体的非恒定流动的研究可以上溯到19世纪中叶。自20世纪初阿列维、儒可夫斯基等学者为水锤理论奠基以来，有压瞬变流研究经历了解析法、图解法、数值计算法等阶段，已经发展成为流体工程中一个比较成熟的学科分支。目前可以说人们已经具有了很强的有压瞬变流的分析预测能力。与此同时，为了使流体工程中具有不同复杂程度的流体输送系统都能够可靠、安全、灵活地运行，国内外学者同样饶有兴致地对有压瞬变流反问题特别是结合具体的工程进行了有益的探讨和研究，并取得了不少具有理论意义和实用价值的成果。起初英国壳牌石油公司的Xue Jun Zhang于1992年提出了一种气体和液体管道的统计检漏法。该方法不需建立管道动态模型，根据在管道入口和出口测量的流体压力和流量，连续计算泄漏的统计概率。当泄漏确定之后，可通过测量流量和压力及其统计平均值估算泄漏量，用最小二乘法进行泄漏定位。国内学者毕鹏山、刘恩斌等人于2011年基于瞬态模型，研究了一种新的泄漏检测方法，改进了传统典型线法的差分格式，并实现了管道从头到尾，从头到尾的实时仿真。然后，它比较两个仿真的结果，并确定是否存在泄漏，并确认泄漏位置。上述管道泄漏检测定位问题的理论或实验研究都尚处于起步阶段，并且存在着检漏精度受仪表精度影响大，定位精度较差的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于瞬变反问题的非金属管道泄漏定位方法，将管道检漏问题转化为系统优化问题。本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于瞬变反问题的非金属管道泄漏定位方法，包括如下步骤：

S1：分别采集燃气管道在有无泄漏情况下的压力、流量数据，进行数据分析后，找出有无泄漏的特征。对要进行检测的管道判断是否发生了泄漏。若有泄漏，开始S2，否则终止。

S2：通过给出特定的边界条件，基于瞬变流反问题分析，建立适合燃气管道泄漏检测的数学模型，选择特征线法对燃气管道漏失瞬变流模型进行求解。

燃气管道瞬变分析所得的状态参数及敏感性分析结果的基础上，建立燃气管道漏失的反问题数学模型，以管道末端阀门瞬间关闭引起的管内瞬变流作为系统的激励,以压力监测点得到的压力值作为系统的响应,以泄漏量作为系统的待求解参数。

求解瞬变数学模型时，需提供初始时刻的管内各点的压力分布和流量分布等初始条件。通常情况下燃气管道处于瞬变流动状态，管道压力和流量分布情况等初始条件无法实际测量，因此选择采用燃气管道稳定流动时的稳态水力计算结果作为管道漏失瞬变过程的初始条件。管道内各节点在初始时刻流量相等，为稳态流动的平均流量，可视为定值：

M(x,0)＝常数