[发明专利]压缩空气系统管网泄漏智能检测方法及系统

摘要

本发明涉及故障诊断技术，旨在提供一种压缩空气系统管网泄漏智能检测方法及系统。包括：由安装于终端输送管网上的传感器采集压缩空气的压力、温度和流量，并将信号传送至低通滤波电路，对接收到的信号进行粗过滤，再由A/D转换电路经下位机传回上位机；上位机以实际测得的起终点数据为基础得到气体的流动参数随时间和管线长度的变化关系，然后比较理论输出与实际输出来实现管网泄漏检测。本发明的检测技术具有泄漏检测准确性高，准确性超过95％；误报率低，低于3％；检测时间短，小于55s；灵敏度高，大于管道输量1.5％的泄漏量可检测。在泄漏定位时具有精度高，定位精度误差小于管道全长的1％。在线检测避免了工厂停工以及人工检测的劳动强度。

主权项

一种压缩空气系统管网泄漏智能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)由安装于终端输送管网上的传感器采集管网中每段管道起点和终点处压缩空气的压力、温度和流量，并将信号传送至低通滤波电路；(2)低通滤波电路对接收到的信号进行粗过滤，去除干扰和采样噪声之后再传送至A/D转换电路，由A/D转换电路转变成数字信号后传送至下位机；下位机将采集到的数字信号传回上位机；(3)上位机接收数据后，先由其内置的精过滤模块采用滑动平均与小波变换相结合的滤波算法进一步还原数据信号的真实值，然后由仿真运算模块对管道中的气体建立严格的数学模型，并使用基于隐式中心有限差分法的快速瞬态数值模拟技术对非线性方程组进行数值求解，以实际测得的起终点数据为基础得到气体的流动参数随时间和管线长度的变化关系，然后比较理论输出与实际输出来实现管网泄漏检测；具体的步骤如下：建立压缩空气输送管网中任一条无分支、均质的管道中流体的基本方程：动量方程： ∂ ( ρv ) ∂ t + ∂ ( ρv 2 + P ) ∂ x = - ρF F＝f×v×|v|/2d+gsinθ能量方程： - ∂ Q ∂ x ( ρvA ) = ∂ ∂ t [ ( ρA ) ( u + v 2 2 + gs ) ] + ∂ ∂ x [ ( ρvA ) ( u + v 2 2 + gs ) ] 连续性方程： ∂ ( ρAv ) ∂ x + ∂ ( ρA ) ∂ t = 0 体积元内气体状态方程：P＝ραRT上述方程式中：v为气体的流速，m/s；P为气体的压力，Pa；ρ为气体的密度，kg/m3；T为气体的温度，K；f为摩阻系数；d为管道内径，m；A为管道流通面积，m2；R为通用气体常数；α为气体压缩系数；θ为管道与水平线间的倾角，rad；g为重力加速度，m/s2；Q为管内气流向周围环境的散热流量，m3/s；u为单位质量气体的内能，J/kg；s为管道上各横截面处的高程，m；x为管长变量，m；t为时间变量，s；F为气体流动加速度，m/s2；对于上述方程中的5个未知量(ρ，v，P，u，T)，通过管道起点和终点处的边界条件Q1＝f(P1，T1)、Q2＝f(P2，T2)，采用隐式中心有限差分法求解得到管道中各点任一时刻的压力、流量值；利用管道起点和终点处压缩空气的压力、温度和流量数据，对管道通过实时瞬态模型法进行仿真；将起点参数仿真得到的终点压力与实际测量的终点压力作比较，同时将终点参数仿真得到的起点压力与实际测量的起点压力作比较；设压力差值＝(仿真 值‑实测值)/实测值，当起点与终点的压力差值不同时大于压力报警门限时，则认为管道不存在泄漏；而若均同时大于压力报警门限时，则还需确认管道内理论流量与实际流量的差值是否超过流量报警门限；管道的理论流量通过现场实际测得的起点和终点处数据为基础，通过输量公式Q＝vρπd2/4仿真得出；然后利用理论流量与管道实测的起终点流量进行比较：设流量差值＝(仿真值‑实测值)/实测值，当两者之间的差值大于流量报警门限时，同时起终点压力测量值与仿真值之间的差值也均大于压力报警门限时，则认为压缩空气系统管网发生泄漏。