輸氣管道聲波法泄漏檢測技術的理論與實驗研究

郭嘉 張婷 王寧

摘要：天然氣是每個國家發(fā)展所必不可少的物質，輸氣管道是隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一門科學技術，在輸氣管道運輸過程中驚醒測量、記錄、分析對天然氣管道的運行尤為重要，聲波發(fā)泄漏檢測技術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。聲波泄漏檢測技術能夠有效提高輸氣管道的運行效率，保障輸氣管道能夠正常運行。

關鍵詞：輸氣管道;聲波法泄漏檢測技術;研究

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

1輸氣管道管道泄漏的原因

輸氣管道管道在進行建設過程中并沒有嚴格控制施工質量，導致管道質量不過關，從而嚴重影響輸氣管道的運輸工作。輸氣管道受到腐蝕因素的影響而產生泄漏，在施工過程中并沒有對實際工地進行勘探，導致在進行挖掘過程中造成管道破損，從而形成嚴重的輸氣管道。另外，還有非法偷盜石油天然氣，導致管道出現(xiàn)破損，從而影響管道運輸，這些原因的出現(xiàn)會導致石油天然氣常運輸管道出現(xiàn)泄漏，并且難以進行處理，由于一些管道埋度較深，不適合進行挖掘取段修補，導致輸氣管道泄漏問題一直存在，從而嚴重影響天然氣的經濟效益。

2輸氣管道聲波法泄漏檢測技術的原理

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從泄漏處噴射而出，受到管道內壓差的影響，會產生壓力及速度脈動，從而形成噴射四級子聲源。同時，當氣體與各種固壁發(fā)生碰撞以后，會產生偶極子聲源，當偶級子聲源與四級子聲源疊加到一起時，會形成一個聲波波動信號，而輸氣管道中所采用的聲波法泄漏檢測技術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用，利用該方式的優(yōu)勢很多，比如該方式的實用性比較強、成本較低，操作簡單。當時有輸氣管道出現(xiàn)泄漏時，輸氣管道內的壓力會發(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)據作為相關的參考標準，就能夠及時獲取相關的管道泄漏信息，管道泄漏后會產生減壓波。另外，為了能夠更快的獲取泄漏位置，需要在管道兩側放置壓力變送器，從而能夠實現(xiàn)泄漏位置的快速定位。

2.1聲波產生機理

利用聲波法對輸氣管道進行泄漏監(jiān)測時，最主要的參數(shù)為聲波幅值，在驗證過程中需要確定泄漏時是否會發(fā)生聲波，針對泄露聲波所產生的機理進行研究分析。由于氣體泄漏，流體力學行為較為復雜，再進行探討，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行仿真實驗，能夠有效得出泄露生源發(fā)生機理。從而對氣體管道泄漏時所發(fā)出的聲源進行研究探討，并在氣動聲學方面模擬泄露聲波場，對聲波所產生的機理進行研究，分析得出聲源特征，可以明確泄露點準確定位，另外，需要對泄露所構成的流產和生產進行數(shù)值模擬，分別在不同的環(huán)境條件下進行實驗探討，得出相應的聲波傳播規(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。針對氣體管道聲波傳達規(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)出的壓力波能夠經過安裝在管道上的傳感器進行記錄，從而可以得出聲波的傳播規(guī)律，經過理論和實驗分析了解聲波傳播理論對天然氣管道的泄漏檢測作用。管道泄漏聲發(fā)出的信號進行傳達研究，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)據基礎，由于天然氣管道輸送介質類型、壓力、流量以及泄漏空間的不同所發(fā)出的信號頻率也會有所差距，對泄漏聲所發(fā)射出的信號衰減規(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)出的信號在經過管道設備時傳播規(guī)律會發(fā)生明顯改變。

以天然氣管道在泄漏時所發(fā)出的氣動噪聲為主要的研究目標，分別建立聲波在管道內所形成的二維傳達模型，利用仿真實驗模擬結果可以分析，天然氣管道在泄漏過程中所形成的超低頻段能夠實現(xiàn)遠距離傳播，從而實現(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在天然氣管道泄漏檢測過程中有著非常重要的應用前景。

2.3傳感器技術

在聲波法泄漏檢測技術使用過程中，傳感器技術是最主要的工作環(huán)節(jié)，傳感器技術主要分為類型挑選以及安置方法。目前對于傳感器技術類型的選擇，一般選擇遠程超聲波傳感器，能夠實現(xiàn)對天然氣管線的實時泄漏監(jiān)測以及動態(tài)監(jiān)控，在進行批量操作過程中，該技術能夠獲得較高的分類精度，同時能夠對多個特征數(shù)據點進行計算。另外，動態(tài)壓力變速器能夠對長距離輸氣管線進行泄漏檢測，選擇小波變換和精力模態(tài)分化方法可以對所收集的泄漏信號進行及時處理，能夠及時對天然氣管道的泄漏監(jiān)測進行改進。合理利用動態(tài)壓力傳感器能夠獲得管線的動態(tài)壓力信號，對管線中的壓力變送具有較高的靈敏度和泄漏辨別，可以有效減少誤報率，能夠實現(xiàn)泄漏位置的精確定位。

4結束語

聲波傳感器主要負責收集泄漏聲波信號，在收集信號頻率方面的精確度較高，經過聲波進行檢測，所以相關設備不會受到管道環(huán)境的影響，因此所收集到的泄露信息可靠性較高，系統(tǒng)的可維護性和操作性較強，相關的系統(tǒng)軟件設計較為方便，具有較高的操作性能。另外，相關工作人員在進行實際工作過程中，需要運用合理的定位技術和檢測技術，并對該技術進行創(chuàng)新和完善，能夠有效加強石油天然氣運輸?shù)陌踩?，從而為我國的經濟建設作出貢獻。

參考文獻

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