基于應(yīng)力波的相關(guān)法泄漏檢測與提高泄漏檢測可靠性方法

基于應(yīng)力波的相關(guān)法泄漏檢測與提高泄漏檢測可靠性方法摘要：隨著埋地地鋼質(zhì)管網(wǎng)的的老化、第三三方破壞使管管道泄漏事件件時有發(fā)生，與與國內(nèi)正在推推行的節(jié)能降降耗宗旨相違違背，給企業(yè)業(yè)和社會帶來來了較大的危危害。介紹了了相關(guān)檢漏技技術(shù)的發(fā)展歷歷程和相關(guān)檢檢漏與漏點定定位算法的數(shù)數(shù)學原理，以以及由于環(huán)境境干擾造成的的虛假漏水信信號的辨析技技術(shù)，既通過過利用不同檢檢測儀器的特特點，采取互互相驗證的方方法來提高漏漏點定位的可可靠性。并在在此基礎(chǔ)上，總總結(jié)出較為實實用的埋地鋼鋼質(zhì)管網(wǎng)泄漏漏檢測組合方方法，以提高高檢測的準確確性。關(guān)鍵詞：泄漏漏相關(guān)檢測干擾信號可靠性性組合泄漏檢檢測中圖分類號：TTP806..1CorrelaationLeakDetecctionbaseonsttresswaveandtthemeethodtoinncreasseitssReliiabiliitySHIXiuu-shanHEReen-yangYYangyyongettal(PressuurePiipelinneanddairbottlleDivvisionn,ChiinaSppeciallEquiipmenttInsppectioonanddReseearchInstiitute,,Beijjing11000133)Abstracct:ThematteerofPipellinelleakccauseddbyttheaggingppipeliineneetworkkanddestrroyedbyotthershappeensfreqquentllyanddBrinngharrmtotheEEnterpprisessandsocieetyanndrevversetheppurposseofsavinngsourrcethhatcaarryinngthrrough..TheppaperfirsttintrroduceedtheedeveelopmeenthisstoryofcoorrelaationleakdetecttionteechnollogyanndtheenanaalyzinngtheetheooryoffCorrrelatiionLeeakDeetectiiononnmathhematiics.TThenggivesametthodtthatddifferrentiaatesaandannalyseesassignallinteerfereencellikelleakbbyusiingdiiffereentappparatuus.BythiismetthodccanimmproveetheReliaabilitty.Finaallytthepaaperggivesproceessoffcombbinatiiondeetectiionthaathowwtoffindaaleakkonppipeliine.Keyworrds:leak;;CorrrelatiionLeeakDeetectiion;SSignallinterrferennce;RReliabbilityycombbinatiiondeetectiionoffleakk1、前言管道運輸在世界界經(jīng)濟中發(fā)揮揮著越來越重重要的作用。由由于老化、腐腐蝕、磨損和和人為破壞等等因素,管道泄漏現(xiàn)現(xiàn)象頻頻發(fā)生生。為了減少少損失和保護護環(huán)境,對管道進行行泄漏檢測是是一項十分重重要的技術(shù)?，F(xiàn)現(xiàn)已有多種管管道泄漏檢測測方法,由于管道泄泄漏檢測是多多領(lǐng)域多學科科知識的綜合合,各種方法在在檢測方式和和技術(shù)手段方方面差別較大大,從最簡單的的人工分段沿沿管道巡視到到較為復(fù)雜的的軟硬件相結(jié)結(jié)合的方法,,從陸地檢測測發(fā)展到海底底檢測,甚至利用飛飛機或衛(wèi)星遙遙感檢測大范范圍管網(wǎng)等[[1]。對于管道泄泄漏檢測技術(shù)術(shù)的研究近年年來不斷有新新的發(fā)展，檢檢漏方法也由由最初的聽漏漏發(fā)展到各式式各樣的基于于現(xiàn)代信號處處理和自動化化裝置的檢漏漏，其中相關(guān)關(guān)檢漏法是當當前比較先進進、有效的一一種檢漏方法法。1960年英國水研研究中心最先先開發(fā)了相關(guān)關(guān)檢漏儀，隨隨后法國、日日本等國也相相繼研制了相相關(guān)檢漏儀，自20世紀80年代，國外開始研究用互相關(guān)法檢測水管泄漏，并取得良好的效果[1]。2相關(guān)檢漏原理理與漏點定位位算法2.1相關(guān)檢檢漏原理管線由于腐蝕、人人為打孔等原原因破裂時管管內(nèi)高壓流體體由破裂處噴噴出，由于與與管壁的相互互作用產(chǎn)生一一個高頻的振振動噪聲，以以應(yīng)力波的形形式沿管壁傳傳播。管壁的的阻尼作用使使得只有一定定的頻率的波波才能傳播較較遠距離，這這與管道的振振動模型有關(guān)關(guān)，應(yīng)力波與與管道的振型型共振的優(yōu)勢勢振動能傳播播較遠的距離離。由泄漏引引起的管壁振振動包括橫振振動、縱振動動和圓環(huán)振動動，圓環(huán)振動動與泄漏密切切相關(guān)，安裝裝在管道上的的相應(yīng)傳感器器檢測到應(yīng)力力波，經(jīng)過處處理后能確定定是否有泄漏漏和對泄漏點點定位[4]。管道的相關(guān)檢漏漏法是指利用用兩個傳感器器拾取漏點發(fā)發(fā)出的聲波，對對這兩路聲波波信號進行互互相關(guān)分析，沒沒有泄漏時，相相關(guān)函數(shù)的值值在零附近；；發(fā)生泄漏后后，相關(guān)函數(shù)數(shù)的值將發(fā)生生顯著變化；；另外，當管管道泄漏點的的位置不同時時，兩個信號號的延遲時間間就有區(qū)別，信信號的相關(guān)函函數(shù)的值就會會改變。因此此，根據(jù)信號號的相關(guān)函數(shù)數(shù)信息，就可可以對管道的的泄漏狀況進進行檢測。2.2漏點定定位算法圖1相關(guān)檢漏漏技術(shù)的定位位原理圖管道檢漏技術(shù)的的定位原理如如圖1所示，假設(shè)設(shè)管道在Q點發(fā)生泄漏漏，泄漏發(fā)生生后，在泄漏漏處將引起壓壓力突降，產(chǎn)產(chǎn)生一個以Q點為泄漏源源的聲波信號號，該聲波信信號將以一定定的波速V向管道兩端端傳播，安裝裝在管道A、B兩端的傳感感器分別在tt和()時刻檢測到到這個信號（這這里假設(shè)泄漏漏點距離兩個個傳感器的距距離La>Lb），由于同同時也有外部部噪聲的影響響，設(shè)A、B兩端的傳感感器測得的信信號樣本函數(shù)數(shù)分別為A(t)、B(t)，因而它們們可以表示為為以下形式：：(1)(2)其中和分別為AA、B兩點的背景景噪聲。對A(t)、B(t)進行相關(guān)運運算：(3)為了處理數(shù)據(jù)方方便，一般認認為泄漏信號號與噪聲信號號相互獨立不不相關(guān)，噪聲聲信號和完全不相關(guān)關(guān)，那么，(4)當相關(guān)函數(shù)達到到峰值時，所所對應(yīng)的值正正好與兩個傳傳感器檢測到到的信號的時時間差相一致致。由數(shù)學知知識可知，相相關(guān)函數(shù)在處取得極大大值的必要條條件是在處的導(dǎo)數(shù)，由由此求出，再再測出兩個傳傳感器之間的的實際長度LL和聲波在該該管道的傳播播速度V，泄漏點Q的位置就可可以用下面的的公式計算出出來：(5)或者(6)3、某數(shù)字相關(guān)關(guān)儀介紹3.1、儀器特特點中文菜單操作2-12頻段獨獨立分析彩色觸摸屏LCCD顯示器采集頻率范圍：：0-50000HZ適用鋼管、鑄鐵鐵管、塑料管管相關(guān)分辨率：116000點FFT功能、相相干分析圖2某數(shù)字相關(guān)儀工作原理圖繪制管線測試圖2某數(shù)字相關(guān)儀工作原理圖采集的信號通過過發(fā)射機無線線傳輸數(shù)據(jù)存儲160個相相關(guān)過程文件件RS232接口口程序升級3.2某數(shù)字相相關(guān)儀的構(gòu)成成相關(guān)儀主機發(fā)射機A和BB天線（接收無無線信號）探頭（采集信號號）耳機12V車載電源源連接線電池充電器AC變換器112V—100-2240V打印機/PCC連接線該種儀器是利利用泄漏點產(chǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力波波進行相關(guān)分分析進行漏點點定位的，其其工作原理如如圖2所示。它可可對三種材質(zhì)質(zhì)的管道進行行泄漏檢測，把把泄漏信號分分為12個頻段，可可以選擇任何何兩個或更多多頻段進行相相關(guān)分析，對對某些干擾頻頻段可進行濾濾波，可以滿滿足在某些高高噪音環(huán)境下下進行檢測，如如各種裝置區(qū)區(qū)、車流多的的馬路下。該該儀器存有聲聲速表并可以以添加需要是是聲速[2]]。4、產(chǎn)生干擾信信號的情況實實例分析由于管道一般都都是承受一定定壓力的，流流體介質(zhì)在泄泄漏點產(chǎn)生多多相流，在漏漏點附近產(chǎn)生生一種連續(xù)頻頻率振動，根根據(jù)以往研究究的結(jié)果表明明，直接從管管道上聽到的的漏水頻率一一般為50HHZ～3600HZ，而漏漏水點頻率在在漏點中心的的路面上的頻頻率為50HHZ～90HZ（可可用電子聽漏漏儀進行檢測測）。泄漏聲聲音的大小和和管道的材質(zhì)質(zhì)、內(nèi)部壓力力、泄漏點形形狀、大小、位位置有密切的的關(guān)系。該方法中只要儀儀器接收到的的信號和真實實的漏水信號號相似，那么么儀器就認為為該處有泄漏漏點，但實際際上往往這些些是由于生產(chǎn)產(chǎn)工況引起的的虛假漏水信信號所產(chǎn)生的的信號。從原理上說，振振源未必就是是漏點，管道道中的流水沖沖擊的三通、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎角以及管管道附屬物被被激發(fā)的振動動也是振源；；其二是車輛輛和工礦企業(yè)業(yè)及各種環(huán)境境噪聲在嚴重重時會產(chǎn)生干干擾，影響檢檢測效果；其其三，聲音或或振動傳輸?shù)牡膹?fù)雜性：如如隔著埋層在在路面上方測測聽下方的水水管，漏水聲聲經(jīng)過埋層傳傳播，必然有有被吸收、散散射的現(xiàn)象，而而且不同頻率率的成分被吸吸收和散射的的程度也不同同，埋層越深深越雜亂，這這種被吸收和和散射的情況況也就越復(fù)雜雜，即使能聽聽到下方有振振動，這種振振動引發(fā)的聲聲音也與在空空氣中直接聽聽到的情況有有所不同。如如直接在管道道上測聽，管管道傳輸?shù)哪苣芰σ话惚鹊氐孛婧茫袝r時能傳至幾百百米遠，但在在管線復(fù)雜時時，也會產(chǎn)生生各種反射現(xiàn)現(xiàn)象，并且不不同頻率的振振動管道傳播播的情況也不不同，一般是是高頻衰減更更快。這些復(fù)復(fù)雜問題如果果檢測人員在在使用儀器過過程中難以把把握，就會影影響檢測效果果，甚至產(chǎn)生生開挖點沒有有漏水[3]]。以下就以在某大大型化工企業(yè)業(yè)的消防水檢檢測中一些受受干擾信號影影響造成的漏漏點誤定位的的情況介紹。4.1、被測管管線與其他管管線搭接造成成虛假漏水信信號實例現(xiàn)場管線分布情情況如圖3所示。本次測漏過程如如下：用聽音音桿聽到栓2,栓3,栓4有可疑聲音音，栓2聲音最大，栓栓4聲音最小，用用相關(guān)儀分別別相關(guān)栓2和栓3，栓3和栓4，栓2和栓4.栓2和栓3的相關(guān)結(jié)果果為圖示漏點點處，在從栓栓2用管線儀直直接連接發(fā)射射機檢查，沒沒有發(fā)現(xiàn)栓2和栓3直接有任何何支線后，判判定相關(guān)儀所所指示漏點位位置為漏水點點。開挖后發(fā)發(fā)現(xiàn)，儀器指指示漏點位置置的消防水管管主線上方0.6米處有一與與消防水管主主線平行的自自來水管道，下下方相鄰處有有一水泥材質(zhì)質(zhì)排水管道,并未漏水。具具體情況見圖圖4（a）所示，相相關(guān)信號見圖圖4（b）。儀器指示漏點位置排水管栓1儀器指示漏點位置排水管栓1栓2栓3栓4消防水管主線自來水管消防水管主線自來水管圖3現(xiàn)場管管線分布圖產(chǎn)生干擾信號的的原因分析：：垂直于消防防水管主線的的排水管道與與消防水管主主線相交于一一點，排水管管道的聲音傳傳播到消防水水管主線后，再再沿消防水管管主線向兩邊邊傳播，被相相關(guān)儀接收到到，并確定了了發(fā)聲的位置置，就將該位位置指示為漏漏水點。排水水管道的聲音音來自于排水水管道相連的的泵或裝置或或自身的空洞洞效應(yīng)。上述述下水管道的的聲音加上自自來水管道用用水或是漏水水或是與自來來水管道相連連的泵或裝置置產(chǎn)生的聲音音干擾，造成成了在消防栓栓處用機械聽聽音桿可以聽聽到可疑聲音音，由于現(xiàn)場場周圍并沒有有明顯的發(fā)聲聲裝置，也沒沒有直接相連連的支線，加加上相關(guān)信號號很好的重復(fù)復(fù)性，只有判判定該處有漏漏水。圖4（a）管管線搭接情況況造成的干擾擾實例圖4（b）相相關(guān)儀相關(guān)信信號分析結(jié)果果圖4.2、異徑三三通造成虛假假泄漏信號的的實例圖5（a）異徑徑三通支管造造成干擾信號號實例圖5（b）相關(guān)關(guān)儀信號分析析結(jié)果圖4.3、提高泄泄漏檢測可靠靠性的方法首先應(yīng)探察周圍圍管線，摸清清被測管線周周圍其他管線線情況、如有有無支管、有有無與其他管管線搭接；檢檢測防腐層破破損點情況，如如果管道有泄泄漏點，那么么信號點的外外防腐層必定定破損，如果果能夠能確定定信號點沒有有破損點，那那么該信號必必定是干擾信信號，而不是是真的漏水信信號；如果管管線有漏水點點，那么利用用地面電子聽聽漏儀（能夠夠濾波）沿管管線檢測，泄泄漏點處信號號最強，如果果在裝置區(qū)振振動引起的干干擾信號，那那么整個信號號強度不會有有很大變化。上上述三種檢測測方法的組合合比較可以大大大提高泄漏漏檢測的可靠靠性。5、組合泄漏檢檢測方法在低低信噪比環(huán)境境下的嘗試該測試點是寧波波某大型煉化化企業(yè)的循環(huán)環(huán)水管道，從從現(xiàn)場觀察發(fā)發(fā)現(xiàn)泄漏的水水主要從四個個位置冒出，一一處是潤滑油油裝置的西北北角裂縫、一一處是東北角角裂縫、另兩兩處是反應(yīng)塔塔東邊混凝土土地基邊緣裂裂縫中，具體體位置見現(xiàn)場場管線示意圖圖6中的①—④標號，通過過現(xiàn)場的觀測測，初步確定定潤滑油裝置置附近的管線線可能發(fā)生泄泄漏，于是查查漏重點就放放在從主管線線（DN600）到潤滑油油裝置的兩條條循環(huán)水支管管（DN80）上。由于于該測點附近近有很多電動動機和其他轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動設(shè)備，干干擾噪音很嚴嚴重，單純使使用相關(guān)儀檢檢測時，信號號比較雜亂，泄泄漏信號很弱弱而且信號點點漂移到主管管三通處（三三通處可能產(chǎn)產(chǎn)生干擾信號號），單靠該該信號不能判判斷該處有泄泄漏發(fā)生，因因此必須采用用其他檢測手手段輔助確定定，故采用電電子聽漏儀和和防腐層破損損定位儀（泄泄漏處防腐層層必定破損），具具體檢測結(jié)果果如下。圖6待測管管線分布圖及及干擾源分布布通過防腐層破損損定位儀檢測測發(fā)現(xiàn)在離B點2米處（P2）有破損點點，且在三通通處也有破損損點，這樣還還不能判斷是是三通處還是是P2點有泄漏點點，破損點定定位儀工作原原理如圖7所示。最后從三通點用用電子聽漏儀儀沿懷疑的管管線向B點移動，信信號強度在三三通附近信號號一般在49-555DB左右，當從從三通向B點移動時信信號逐漸爭強強信號為52-799DB，在到達P2點時信號最最強為79DB，這說明該該處有泄漏點點，具體信號號強度見圖8所示。通過過現(xiàn)場開挖確確認該處有一一泄漏點，與與信號指示位位置偏差1.2米，在正常常的允許范圍圍內(nèi)