基于DSP的管道泄漏特征识别技术

基于DSP(独特的微处理器)管道泄漏特征识别技术的研究与应用,改变了管道泄漏报警系统通常所采取的"三降一升"特征识别方式,采取可量化的极值识别的处理方式,通过对管道小流量泄漏监测的弱信号异常变化的量化分析,实现了"管道泄漏报警定位"技术由笼统判断方式向精确识别方式的转变,解决了早期管线泄漏报警技术对微小泄漏量不易识别、不能准确定位等问题。     

基于小波分析的管道泄漏负压波信号滤波研究

针对采集到的管道负压波信号中混杂有大量噪声的问题 ,在MATLAB6 1软件环境下 ,采用小波变换的方法对负压波信号进行滤波。计算过程中 ,小波基函数选取为Haar小波 ,尺度水平为 5 ,滤波结果表明该方法可以有效地消除原始信号中的一些干扰信号而未影响到原始信号中本身包含的尖峰细节信息 ,提高了采集信号的信噪比 ,从而为实现准确的泄漏判断和泄漏点的定位提供了基础。     

基于LMD-STA/LTA模型的油气管道泄漏检测方法

为了降低流体混杂噪声和传感器漂移对负压波信号的影响,提高负压波法油气管道泄漏检测的定位精度,采用局部均值分解法（LMD）对压力信号进行分解,对降噪后的信号重构后,采用长短时窗比法（STA/LTA）确定上下游压力传感器接收到的信号时差,并通过实际放油试验完成泄漏检测与定位。结果表明,该方法可有效识别突变的负压波信号,可识别1%～2%泄漏量的快速泄漏和缓慢泄漏,有效缩小了泄漏点的查找范围。研究结果可为油气管道的监测与预警提供参考。     

基于二代小波变换和多级假设检验的输油管道缓泄漏检测方法

针对输油管道缓泄漏准确判断与定位的难题,提出了一种基于二代小波变换和多级假设检验（MHT）的管道泄漏检测方法。首先,采用基于提升框架的二代小波变换对管道首、末端压力信号进行预处理,分析缓泄漏压力信号的小波分解效果,确定压力信号预处理的小波分解层数。其后,利用低频重构信息为原信号概貌并且能突出信号趋势的特点,将小波分解得到压力信号的各层低频重构信息用于泄漏判断与定位。再后,在给出基于MHT的泄漏判断方法和MHT参数的设置方法基础上,对压力信号的每一层低频重构信息分别进行MHT,并对每层结果进行加权平均,得到压力信号下降沿的准确位置后,利用负压波法实现了管道泄漏定位。实验结果表明,该方法可以准确检测和定位管道泄漏,为输油管道缓泄漏检测提供了一种新的手段。     

水下结构油气泄漏检测新需求及多技术融合应用设想

对常用的几种水下结构油气泄漏检测方法及技术特点进行了分析,并针对水下油气生产设施深浅水海底安装方式和智能化管理的发展趋势,从水下结构泄漏检测能力提升、装备智能化和降低安装及运营成本等角度,总结了当前水下结构油气泄漏检测的新需求,提出了水下结构油气泄漏检测多技术融合应用设想。目前水下结构油气泄漏检测须柔性构建多技术融合的、网络化的泄漏检测系统,并利用现代信号处理、控制技术和智能识别技术,解决当前装备检测能力不足、供电难、维修难及安装难等问题,从而满足水下结构油气泄漏检测及精确定位要求,适应水下结构油气泄漏检测系统无人化管理需要。本文可为水下结构油气泄漏检测技术的应用及发展提供技术参考。     

海底输气管道泄漏点压力变化特性的模拟研究

为了研究海底输气管道发生泄漏时压力信号的传播特点,利用Pipeline studio模拟软件进行了海底输气管道和陆地输气管道在相同输气压力和泄漏孔径下发生泄漏时泄漏点压力信号变化的对比,同时进行了海底输气管道在不同工况下泄漏点压力变化特性的模拟研究。结果表明:输气压力和泄漏孔径一定时,外界压力越大,泄漏点压力衰减后越快速趋于稳定,且稳定时压力越小;输气压力一定时,一定范围内,泄漏孔径越大,泄漏点压降速率越大,衰减后达到稳定所需时间越长,稳定时压力越小;输气压力超过一定范围则相反,且泄漏孔径过大会造成泄漏点压力无规则波动。泄漏孔径与管径的比值大小对泄漏点压力衰减后达到稳定时所需要的时间以及稳定后的压力具有重要影响,根据其比值可以大致确定压力传感器的最佳安装间距,这对于提高海底管道检测准确度和降低检测成本具有一定的借鉴意义。     

基于次声波的清管器在线跟踪定位系统

为提升管道输送效率,长输管道需要定期开展清管作业,传统的清管器跟踪方法误报较多,无法实时判断清管器的位置。利用次声波检测技术采集清管器在管道中运行时产生的次声信号,通过上、下游两个传感器收到次声信号的时间差推算清管器的位置,实现在线跟踪。清管器在线跟踪定位系统由传感器、多套数据采集系统和数据处理中心组成。通过西二线某站试验验证了该系统能准确识别清管器在管道中启动、运行、卡堵/停止等状态,每30 km安装一个次声传感器就能实现良好的跟踪,极大地提高了清管作业的效率。     

应用负压波法检测管道泄漏的技术研究

应用负压波法检测长输管道泄漏是目前国内外应用较多的管道实时泄漏检测和泄漏定位的方法，负压波检测定位通过安装在管道两端的压力传感器采集压力信号，根据两端拾取负压波的梯度特征和压力变化率的时间差，利用信号相关处理方法就可确定泄漏程度和泄漏位置，如何检测到并认识泄漏引发的负压波是提高负压波法检测定位准确性和灵敏度的关键。     

输油管道实时监测系统在辽河油田的应用

针对辽河油田原油的特性和输油管道经常发生泄漏的状况,研制了一种输油管道泄漏实时监测系统。该系统采用了瞬态负压波法对管道进行实时监测,用小波分析信号处理方法实现了从噪声中准确提取泄漏信号,提高了泄漏点的定位精度。该系统具有动态泄漏检测能力,通过对数据进行实时采集、传输和处理,实现了对输油管道在线泄漏点的检测和定位。将泄漏实时监测系统应用在辽河油田盘锦输油管道上,结果表明,该系统运行稳定,检测效果良好。     

复杂工况下热油管道漏失识别与定位方法研究

针对复杂工况下热原油管道泄漏难以准确识别的难题,提出采用基于多元支持向量机的管道泄漏诊断方法,并建立了识别模型,可以在小样本情形下完成模型的训练工作,实现多种工况下对压力波动信号的分类识别,从而提高评判泄漏的有效性和准确性。为了解决热输原油管道负压波波速受油品及温度等因素影响较大导致的定位误差,分析了管道沿程轴向温降及修正负压波波速的方法,并采用牛顿一柯特斯积分方法对传统泄漏定位公式进行了改进。现场试验表明,基于多元支持向量机的检测方法能有效地识别管道运行异常状态．改进的漏点定位算法使得定位精度从原来的2．5％提高到1．0％。     

基于时域统计特征的天然气管道泄漏检测方法

根据管道动态压力信号在时域的幅值统计特性,提出一种基于时域统计特征的信号提取方法,实现对天然气管道的泄漏检测。通过每帧信号归一化的频率分布直方图（k-P图）,提取动态压力信号时域幅值在均值上、下特定范围内波动的概率特征,使得时域的特征提取与信号幅值及波形无关,并且不受信号频率成分偏移的影响,具有较好的工况适应性。以PCA降维后的正常工况下动态压力信号时域统计特征向量为目标类样本,建立PCA-SVDD诊断模型,实现了对管道泄漏的可靠检测。历史数据的离线检验以及连续、实时的现场检验结果表明该方法可实现天然气管道的泄漏检测。     

基于多地震波传感器数据融合的管道安全监测预警系统

采用数据融合方法研究了基于多地震波传感器的管道安全监测预警系统中目标特征提取及识别问题。用多个传感器及处理模块采集管道周围目标产生的震动信号,采用经验模态分解方法对地面震动信号进行处理,提取分解结果的归一化峭度,将其作为特征向量;利用主要频率区间的特征向量进行单一传感器的目标识别。由于监测系统由多个单独传感器采集模块组成,为了提高目标的识别率,采用D-S证据理论对识别结果进行了数据融合,得到最终识别结果。利用该方法对实验采集数据进行处理,验证了文中提出的方法。     

管道泄漏检测及定位算法的改进和应用

为了提高现有输油管道负压波检测系统的灵敏度和检测性能,在不增加硬件的基础上,采用分段差值的方法确定是否发生泄漏,基于相似性原理计算信号间的欧式距离,由此确定压力信号至上、下游的时差,并通过现场泄油试验进行验证。结果表明,原有算法只能检测到突发泄漏,但对于泄漏量小于1.1%的缓慢泄漏工况未能有效检测;改进算法后可检测微小缓慢泄漏,当采样点数移动步长为5时,定位的绝对误差为0.52～2.47 km,标准差为0.95 km,定位结果误差较小。该方法适合资源受限的嵌入式管道泄漏检测方法的改进。     

多算法融合管道泄漏检测预警系统试验研究

管道泄漏不仅会造成环境污染,还可能引发火灾、人员伤亡等严重后果和巨大的经济损失。传统的管道泄漏在线检测与定位系统均使用单一算法进行信号处理,漏判误判多,应用效果较差。针对目前集输管道泄漏检测准确性和灵敏度较低的现状,研究一种多算法融合的方法,通过采集管道压力、流量等多种特征信号,采用最优加权融合算法,将专家经验分析法、向量机(SVM)模式识别法、序贯概率比检测法等多种信号处理方法进行综合应用,扩展了时间和空间上的检测范围,提高了泄漏检测系统的灵敏度和可靠性。利用正常运行集输管道进行了现场泄漏应用试验,试验结果验证了多算法融合检漏方法比单一检漏方法具有明显的优越性。     

钻井液连续压力波信号的延迟差动检测及信号重构

根据钻井泵产生的泵干扰与钻井液压力信号的传输路径分析,建立了信号延迟差动检测数学模型;根据检测管路的传输函数分析,建立了短距离直管路传输有限频带信号的理想低通滤波器数学模型;以数学分析为基础,分别在时域和频域研究了钻井液连续压力波信号的数学重构方法。基于无限冲击响应（IIR）理论,通过时域差分方程建立了信号重构数学模型;基于延迟差动检测信号的傅里叶正、逆变换建立了从频域实现信号重构的数学模型。通过频域重构数学模型的极点频率与信号传输延迟之间的理论关系,建立了压力传感器间距的约束条件,为传感器的合理布置提供了理论依据。理论计算与数值仿真表明,信号延迟差动检测方法可以有效地消除泵干扰的影响,通过时域和频域的数学模型均可实现钻井液压力相移键控信号的重构与恢复,信号的信噪比（SNR）大幅提高,在测量直管路长度符合压力传感器间距的约束条件下,两种重构方法均可获得满意的信号质量。     

基于经验模态分解的管道预警系统信号多尺度混沌特性分析方法

提出了一种用于油气管道安全预警系统的检测信号多尺度混沌特性分析的新方法。该预警系统基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理,沿管道同沟敷设一条光缆,利用其中的三条单膜光纤构成分布式微振动测试传感器,实时检测管道沿途发生的泄漏及其他异常事件。多尺度混沌特性分析方法是利用经验模态分解(EMD)方法对典型的异常事件振动信号进行分解,再分别对分解得到的固有模态(IMF)分量进行混沌特性分析,计算出不同尺度下的关联维数。该方法可更清晰地描述检测信号在不同尺度下的混沌特性。利用现场试验得到的信号对该方法进行验证的结果表明,利用多尺度混沌特性分析方法更容易有效地区分几种典型异常事件。     

天然气管道泄漏声源特性及传播机理数值模拟

管道泄漏声源特性和传播机理决定了音波法在管道上的可检测性,管道泄漏引发的音波能量大小和其沿管道传播的衰减程度分别与泄漏口径大小、管道内压和管道长度等因素有关。以天然气管道泄漏时的气动噪声为研究对象,采用适用于高马赫数流场的MÖhring声类比对其进行模拟计算,建立了不同压力、不同泄漏孔径条件下的天然气管道泄漏噪声仿真模型,得到了天然气管道泄漏声源的相关特性,利用试验数据验证了计算模型的准确性。以该声源模型为基础,建立了音波在管道内的二维传播模型,通过模拟结果与现场试验的比较分析,表明天然气管道泄漏音波的超低频段（低于5 Hz）可在管道内传播较远距离并能被声波传感器所探测,从理论上验证了音波法在天然气管道泄漏检测领域的良好应用前景。     

长输管道信号降噪及工况识别方法研究

鉴于长输管道中微弱负压波信号往往淹没在强背景信号及噪声中而被过滤掉等特点,应用局部投影降噪法结合小波包分析技术进行信号降噪。首先,将采样序列通过相重构,在高维的相空间上将背景噪声信号以及负压波特征信号分解到不同的子空间上,利用子空间的重构,分离出强背景信号及含有少量随机噪声的负压波特征信号,然后对这两类信号分别进行小波包分析,提取弱特征信号,保留拐点信息。试验表明,两者结合能大幅提高信号的信噪比。此外,油气管道调节频繁、工况复杂多变也给相似信号准确识别带来困难,易造成误报警和漏报警。应用双权值神经网络识别各种工况信号,通过构造多种封闭超曲面完成对样本空间的最佳覆盖,增强样本空间划分能力,提高识别效果。该方法具有较强的工况识别能力,识别效果优于BP网络和RBF网络。     

稠油出砂监测器安装位置数值模拟及实验验证

非侵入式的稠油出砂监测技术是通过安装在管壁的传感器接收砂粒撞击信号实现出砂监测,为获得最优的砂粒撞击振动信号,保障出砂数据的可靠性和准确性,需要找到传感器在90°弯管处的最优安装位置。在室内条件下,建立了油水砂三相流的弯道流动模型,通过Fluent软件模拟了含砂油流在90°弯管中的运动轨迹,确定了砂粒在弯道流动的撞击管壁速度最大位置在弯管下游约管道直径2倍处,同时,通过建立的多相含砂流体出砂监测实验平台,对安装在不同位置的传感器的出砂监测信号进行了对比分析,验证了多相流条件下的理论模拟结果。研究表明,在弯管下游约2倍管径处安装传感器可以得到最可靠的出砂信号,该模拟研究结果为现场应用过程中传感器的安装提供了重要理论依据,保障了出砂监测数据的可靠性。     

液体输送管道泄漏的声发射检测方法研究

在对声发射检测技术和信号分析方法进行理论研究的基础上,建立了液体管道泄漏的声发射检测系统,采集液体输送管道泄漏的声发射信号,运用频谱分析和小波分析等方法,对采集到的信号进行分析比较,判断有无泄漏和声发射信号与距离等因素的关系。实验研究结果证明了液体管道泄漏的声发射检测技术的有效性,而且对于长距离管线的检测具有很好的应用前景。