[发明专利]一种基于逆瞬态分析法的非金属管道泄漏定位方法

摘要

本发明提供一种基于逆瞬态分析法的非金属管道泄漏定位方法，分别在泄漏和未泄漏状态下测量管道的流量、压力的数据，总结得出泄漏和未泄漏状态下管道统一特性；建立非金属管道泄漏状态的逆瞬态模型；利用泄漏和未泄漏管道的统一特性对管道进行区段分类，判断出泄漏管段和未泄漏管段；使用压力梯度法对泄漏管道进行初步泄漏定位；提出蚁狮算法确定收敛性最好的目标参数摩阻系数并代入特征方程，得出测压点的计算压头；将计算测压头与实验测得测压头代入逆瞬态模型，找到最小目标函数值；将对应位置的各参数代入压力梯度公式中得到计算泄漏点位置。该方法只需测量管道压力、流量参数即可易实现，提高计算的速度，保证目标函数的计算精度。

主权项

1.一种基于逆瞬态分析法的非金属管道泄漏定位方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1：在实验室内搭建非金属管道模型，进行非金属管道未泄漏和泄漏模拟试验，使用便携式无线油气管网健康诊断系统分别在未泄漏和泄漏两种状态下测量管道流量、温度及多处的压力参数数据，并找出泄漏状态和未泄漏状态下的规律，找出泄漏与未泄漏的差异，确定泄漏管和未泄漏管的统计特性，并获得实验管道测量到的各泄漏节点的测量压头；/nS2：根据S1得到的压力、流量和温度的变化规律，建立非金属管道逆瞬态模型：/nS2.1拟用ITA方法中使用的目标函数定义为：/n /n其中，OF是目标函数，N_ms是测量节点数，N_ts是时间步数，是第i个测量站和第j个时间步长的测量压力值，P_i，j(a)是根据校准模型计算得到的第i个测量站和第j个时间步长的压力值；a＝[a₁，......a_N]^T是未知压力值，a_k是第k段位置压力值，其中k＝1，2，3……N，N表示管段个数；在这种情况下，对压力信号的搜索通常以a_k∈[a_min，n，a_max，n]，当n为1时则[a_min，1，a_max，1]由最大和最小可行参数值确定，[a_min，n，a_max，n]阶段中的搜索空间在阶段n-1中确定，并在下一节，下一阶段的搜索空间更新中解释；其中a_min，n是压力信号最小可行参数值，a_max，n是压力信号最大可行参数值；/nS2.2：泄漏与未泄漏管段分类：/n对于矩阵A_n给出的压力信号的数据集，对于给定的一组压力信号估计值：{a_1，k，n....a_M，k，n}，M为独立逆瞬态模型运行数，表示在k管段，第n阶段，所有压力信号估计值作为一组数据集合，总结该组的统计特性，确定该组的统计特性是否和未泄漏管段的压力信号估计的统计特性相一致，如果第k管段的统计特性与未泄漏管段的特性一致，则该管段归类为未泄漏；如果不一致，则该管段归类为泄漏；/nS2.3：对泄漏与未泄漏管段进行下一阶段的搜索空间更新；/nS2.3.1：根据所属的未泄漏管段集合C_0，n和泄漏管段集合C_A，n，为不同的区域分配不同的搜索空间间隔；泄漏管段的检测是参数估计的重点，因此，一个被划分为泄漏管段(a_k，n，k∈C_A，n)将保留原来的宽压力信号搜索区间{a_min，1，a_max，1}，以便估计策略仍然能够在全搜索空间内搜索；/nS2.3.2：对一个划分为未泄漏管段(a_k，n，k∈C_0，n)分配一个较窄的压力信号搜索区间{a_min，n+1，a_max，n+1}；新的搜索空间边界a_min，n+1和a_max，n+1，用于分类为未泄漏的范围，由A_0，n的百分位值确定：/na_min，n+1＝p-th percentile of A_0，n (3)/na_max，n+1＝q-th percentile of A_0，n (4)/nwhere q＞p；A_0，n＝{a_i，j，n：i∈C_0，n，j＝1，…，M} (5)/nA_0，n是划分为未泄漏的所有管段的多个估计值的集合，因此A_0，n的统计数据可以用来表示未泄漏管段的压力信号值所处的参数范围；/nS2.4：进行泄漏与未泄漏管段搜索空间更新的终止标准/n当第n阶段的更新搜索空间内生成的m多个解都比第n-1阶段的先前最佳目标函数具有更大的目标函数时，该算法从第S2.2阶段的迭代终止；/nS3：使用压力梯度法对泄漏管道进行初步泄漏定位，结合压力梯度法和区段分类法缩小定位管段范围；/nS4：在MATLAB的环境下使用蚁狮算法对管道的摩阻系数进行优化，在减少了目标函数的收敛时间，提高了计算精度的基础上，提高了计算速度，得到收敛性最佳的水力摩阻系数λ；/nS5：将收敛性最好的摩阻系数λ代入气体特征方程，从而得出测压点的计算压头；/nS6：将实验测量到的测压头与计算出的测压头共同代入逆瞬态模型，得到目标函数值OF；/nS7：在实验所得多处的OF值中，挑选最小值的位置节点，为泄漏节点；/nS8：将最终得到的泄漏节点位置所求的各参数值代入压力梯度法中，得到计算泄漏点位置x′_leak。/n