輸氣管道聲波法泄漏檢測技術(shù)的理論與實(shí)驗(yàn)研究

郭嘉 張婷 王寧

摘要：天然氣是每個(gè)國家發(fā)展所必不可少的物質(zhì)，輸氣管道是隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一門科學(xué)技術(shù)，在輸氣管道運(yùn)輸過程中驚醒測量、記錄、分析對(duì)天然氣管道的運(yùn)行尤為重要，聲波發(fā)泄漏檢測技術(shù)是最為常見的一種檢測方法，主要的利用原理是利用聲波在管道中中的傳播規(guī)律，從而獲得管道泄漏位置。聲波泄漏檢測技術(shù)能夠有效提高輸氣管道的運(yùn)行效率，保障輸氣管道能夠正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：輸氣管道;聲波法泄漏檢測技術(shù);研究

天然氣管道在制造過程中會(huì)存在各種不同的缺陷，由于天然氣管道在使用時(shí)經(jīng)常為帶壓操作，并且會(huì)處于腐蝕或者高溫環(huán)境，天然氣管道的腐蝕現(xiàn)象會(huì)不斷擴(kuò)散，最終導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，因此會(huì)對(duì)周圍的自然環(huán)境以及人民的生命安全構(gòu)成威脅。

1輸氣管道管道泄漏的原因

輸氣管道管道在進(jìn)行建設(shè)過程中并沒有嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，導(dǎo)致管道質(zhì)量不過關(guān)，從而嚴(yán)重影響輸氣管道的運(yùn)輸工作。輸氣管道受到腐蝕因素的影響而產(chǎn)生泄漏，在施工過程中并沒有對(duì)實(shí)際工地進(jìn)行勘探，導(dǎo)致在進(jìn)行挖掘過程中造成管道破損，從而形成嚴(yán)重的輸氣管道。另外，還有非法偷盜石油天然氣，導(dǎo)致管道出現(xiàn)破損，從而影響管道運(yùn)輸，這些原因的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致石油天然氣常運(yùn)輸管道出現(xiàn)泄漏，并且難以進(jìn)行處理，由于一些管道埋度較深，不適合進(jìn)行挖掘取段修補(bǔ)，導(dǎo)致輸氣管道泄漏問題一直存在，從而嚴(yán)重影響天然氣的經(jīng)濟(jì)效益。

2輸氣管道聲波法泄漏檢測技術(shù)的原理

如果輸氣管道發(fā)生了泄漏，那么天然氣管道中的氣體就會(huì)從泄漏處噴射而出，受到管道內(nèi)壓差的影響，會(huì)產(chǎn)生壓力及速度脈動(dòng)，從而形成噴射四級(jí)子聲源。同時(shí)，當(dāng)氣體與各種固壁發(fā)生碰撞以后，會(huì)產(chǎn)生偶極子聲源，當(dāng)偶級(jí)子聲源與四級(jí)子聲源疊加到一起時(shí)，會(huì)形成一個(gè)聲波波動(dòng)信號(hào)，而輸氣管道中所采用的聲波法泄漏檢測技術(shù)正是依靠檢測該聲波而發(fā)現(xiàn)管道泄漏問題。

2聲波法泄漏檢測與定位技術(shù)的研究現(xiàn)狀

聲波法泄漏檢測方法在輸氣管道泄漏檢測方面得到了非常好的應(yīng)用，利用該方式的優(yōu)勢(shì)很多，比如該方式的實(shí)用性比較強(qiáng)、成本較低，操作簡單。當(dāng)時(shí)有輸氣管道出現(xiàn)泄漏時(shí)，輸氣管道內(nèi)的壓力會(huì)發(fā)生變化，此種信息的傳播主要依靠聲速。因此只要將發(fā)生泄露前的壓力數(shù)據(jù)作為相關(guān)的參考標(biāo)準(zhǔn)，就能夠及時(shí)獲取相關(guān)的管道泄漏信息，管道泄漏后會(huì)產(chǎn)生減壓波。另外，為了能夠更快的獲取泄漏位置，需要在管道兩側(cè)放置壓力變送器，從而能夠?qū)崿F(xiàn)泄漏位置的快速定位。

2.1聲波產(chǎn)生機(jī)理

利用聲波法對(duì)輸氣管道進(jìn)行泄漏監(jiān)測時(shí)，最主要的參數(shù)為聲波幅值，在驗(yàn)證過程中需要確定泄漏時(shí)是否會(huì)發(fā)生聲波，針對(duì)泄露聲波所產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行研究分析。由于氣體泄漏，流體力學(xué)行為較為復(fù)雜，再進(jìn)行探討，泄露生源過程中需要從水管道為開端，了解輸水管道中的細(xì)小線路，需要選擇管徑為0.1毫米的管道，選擇每分鐘一升的泄漏量進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，能夠有效得出泄露生源發(fā)生機(jī)理。從而對(duì)氣體管道泄漏時(shí)所發(fā)出的聲源進(jìn)行研究探討，并在氣動(dòng)聲學(xué)方面模擬泄露聲波場，對(duì)聲波所產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行研究，分析得出聲源特征，可以明確泄露點(diǎn)準(zhǔn)確定位，另外，需要對(duì)泄露所構(gòu)成的流產(chǎn)和生產(chǎn)進(jìn)行數(shù)值模擬，分別在不同的環(huán)境條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探討，得出相應(yīng)的聲波傳播規(guī)律。

2.2聲波傳播規(guī)律

聲波傳播規(guī)律的研究能夠判斷聲波之間的傳達(dá)間隔，可以合理安排傳感器方位，為聲波法的使用提供理論支持。針對(duì)氣體管道聲波傳達(dá)規(guī)則的研究和分析，模擬管道泄漏所形成的震蕩聲波，通過管道而發(fā)出的壓力波能夠經(jīng)過安裝在管道上的傳感器進(jìn)行記錄，從而可以得出聲波的傳播規(guī)律，經(jīng)過理論和實(shí)驗(yàn)分析了解聲波傳播理論對(duì)天然氣管道的泄漏檢測作用。管道泄漏聲發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行傳達(dá)研究，可以為天然氣管道工程上的傳感器布置和收集參數(shù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，由于天然氣管道輸送介質(zhì)類型、壓力、流量以及泄漏空間的不同所發(fā)出的信號(hào)頻率也會(huì)有所差距，對(duì)泄漏聲所發(fā)射出的信號(hào)衰減規(guī)律并無多大影響，通過小波包分解理論，可以分析出天然氣管道泄漏聲所發(fā)出的信號(hào)在經(jīng)過管道設(shè)備時(shí)傳播規(guī)律會(huì)發(fā)生明顯改變。

以天然氣管道在泄漏時(shí)所發(fā)出的氣動(dòng)噪聲為主要的研究目標(biāo)，分別建立聲波在管道內(nèi)所形成的二維傳達(dá)模型，利用仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果可以分析，天然氣管道在泄漏過程中所形成的超低頻段能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播，從而實(shí)現(xiàn)聲波傳感器的勘探工作，在理論方面上聲波法泄漏檢測技術(shù)在天然氣管道泄漏檢測過程中有著非常重要的應(yīng)用前景。

2.3傳感器技術(shù)

在聲波法泄漏檢測技術(shù)使用過程中，傳感器技術(shù)是最主要的工作環(huán)節(jié)，傳感器技術(shù)主要分為類型挑選以及安置方法。目前對(duì)于傳感器技術(shù)類型的選擇，一般選擇遠(yuǎn)程超聲波傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)天然氣管線的實(shí)時(shí)泄漏監(jiān)測以及動(dòng)態(tài)監(jiān)控，在進(jìn)行批量操作過程中，該技術(shù)能夠獲得較高的分類精度，同時(shí)能夠?qū)Χ鄠€(gè)特征數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。另外，動(dòng)態(tài)壓力變速器能夠?qū)﹂L距離輸氣管線進(jìn)行泄漏檢測，選擇小波變換和精力模態(tài)分化方法可以對(duì)所收集的泄漏信號(hào)進(jìn)行及時(shí)處理，能夠及時(shí)對(duì)天然氣管道的泄漏監(jiān)測進(jìn)行改進(jìn)。合理利用動(dòng)態(tài)壓力傳感器能夠獲得管線的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)，對(duì)管線中的壓力變送具有較高的靈敏度和泄漏辨別，可以有效減少誤報(bào)率，能夠?qū)崿F(xiàn)泄漏位置的精確定位。

4結(jié)束語

聲波傳感器主要負(fù)責(zé)收集泄漏聲波信號(hào)，在收集信號(hào)頻率方面的精確度較高，經(jīng)過聲波進(jìn)行檢測，所以相關(guān)設(shè)備不會(huì)受到管道環(huán)境的影響，因此所收集到的泄露信息可靠性較高，系統(tǒng)的可維護(hù)性和操作性較強(qiáng)，相關(guān)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)較為方便，具有較高的操作性能。另外，相關(guān)工作人員在進(jìn)行實(shí)際工作過程中，需要運(yùn)用合理的定位技術(shù)和檢測技術(shù)，并對(duì)該技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和完善，能夠有效加強(qiáng)石油天然氣運(yùn)輸?shù)陌踩裕瑥亩鵀槲覈慕?jīng)濟(jì)建設(shè)作出貢獻(xiàn)。

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