基于声学主动激励的天然气管道安全监测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于声学主动激励的天然气管道安全监测装置，属于管道监测【技术领域】。该过程包括：在管道首端入口处放置声源向管道内发射声波，当沿管道轴向传播的声波遇到水合物或者管道泄漏时会产生反射信号；在管道入口附近放置麦克风采集反射波信号；麦克风输出进入信号调理模块，然后由多功能数据采集卡进行模数转换，最后进入计算机进行分析。通过计算发射声波信号与反射信号时间差即可对水合物或者管道泄漏进行定位，从而实现对天然气管道的实时监测。本发明的主要优点在于该方法简单易用、定位精度高、系统占用资源少、运行可靠。
【专利说明】基于声学主动激励的天然气管道安全监测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于声学主动激励的天然气管道安全监测装置，属于管道监测技 术领域。
【背景技术】
[0002] 为满足国民经济和社会工业低碳化发展的要求，天然气产业得到了快速发展，天 然气管道的建设、运营、维护和保障逐渐成为能源建设领域的重中之重。在天然气开采、力口 工和集输过程中，当满足一定的低温和高压条件时，天然气水合物会在天然气管道中形成 并凝聚，轻则干扰正常生产，造成天然气管道运输能力下降，重则堵塞井筒、管道、阀门等设 备造成停产，甚至可能引起输气管道爆裂，引发安全事故，导致严重的经济、社会和人员损 失。另外，由腐蚀或者外界入侵引起的泄漏事件也会造成严重的经济损失及安全事故。
[0003] 因此，如何及时发现天然气管道内的天然气水合物和泄漏事件，减少其对正常生 产的影响并避免事故发生，是业界人士关注焦点。目前，国内外对于天然气管道内泄漏事件 以及水合物监测技术研究处于起步阶段，国外一些学者已报道一些相关工作，但国内尚未 见类似成果报道。
[0004] 在输油管道上普遍采用的负压波泄漏检测技术，由于管道输送介质的不同，其依 赖的由泄漏引起的压力跳变在天然气管道中变得相当不明显，同时负压力波在天然气管道 中相比输油管道衰减得快，因此该技术并不适用于天然气管道，同时也无法监控水合物的 生成。英国专利W02012/156669阐述了一套离线天然气水合物早期预警系统，该系统通 过采集油气井或传输管道中的样品，测量样品中的声速和电导率两个关键物理参数，并通 过人工神经网络得到样品中抑制剂和盐的浓度，随后将上述浓度值输入到天然气水合物 相界模型，从而判断出当前样品存在天然气水合物形成的风险。但该方法仅能做离线分 析，无法实现全天候实时监控，存在着漏检的可能性，而且该方法对天然气管道泄漏无能为 力。另一种方法利用压力波传播检测法来检测管道内的沉积物，即该方法利用快速阀门制 造机械波，其在管道内传播，通过检测反射波来确定管道内是否存在沉积物，同时对其进行 定位。但是该方法存在一定缺陷，其容易形成水击效应，可对管道及其支撑环节造成相当 大的损害（Water hammer induced by fast-acting valves !Experimental studies at pilot plant pipework.Multiphase Science and Technology,2008,20 (3-4),pp239-263. A. Dudlik, H. M. Prasser, A. Apostolidis, and A.Bergant)〇
[0005] 声波在管道中传播是一个很复杂的过程，理想情况下，平面波在管道内传播过程 中的衰减可通过下式计算：
【权利要求】
1. 一种基于声学主动激励的天然气管道安全监测方法，其特征在于包括以下过程：1) 在管道首端入口处放置声源向管道内发射声波，当沿管道轴向传播的声波遇到水合物或者 管道泄漏时会产生反射信号，通过采集反射信号可根据其传播时间对水合物或者泄漏位置 进行定位，2)在管道入口附近放置麦克风采集入射声波遇到水合物或者管道泄漏时产生的 反射波信号，3)麦克风输出进入信号调理模块，然后由多功能数据采集卡进行模数转换，最 后进入计算机进行分析，4)通过不断地向管道内发射声波，计算机对反射波进行相应的分 析和计算，即可实现对天然气管道的实时监测。
2. 根据权利要求1所述的基于声学主动激励的天然气管道安全监测方法，其特征在于 所述声源发出的声波为脉冲声信号，通过计算脉冲声信号发射与反射波返回首端的时间差 对水合物或者管道泄漏位置进行准确定位。
3. 根据权利要求1所述的基于声学主动激励的天然气管道安全监测方法，其特征在于 所述声源的激励信号由计算机内的软件系统生成并输出至多功能数据采集卡的模数转换 部分后经声源驱动模块输出，也可由信号发生器产生后经声源驱动模块输出驱动声源以发 出所需声波信号。
4. 根据权利要求1所述的基于声学主动激励的天然气管道安全监测方法，其特征在于 声源脉冲激励信号的脉冲宽度、频率可控，声波信号的频率、能量可调。
5. 根据权利要求1所述的基于声学主动激励的天然气管道安全监测方法，其特征在于 所述信号调理模块包括信号放大和滤波器对反射波信号进行放大和滤波处理。
6. 根据权利要求1所述的基于声学主动激励的天然气管道安全监测方法，其特征在于 多功能数据采集卡可以设定为触发模式，采样触发信号为脉冲激励信号，也可以设定为连 续采样模式，采样频率由计算机软件控制。
7. 根据权利要求1所述的基于声学主动激励的天然气管道安全监测方法，其特征在于 计算机对反射波信号的分析处理包括采用小波降噪方法；采用经验模态分解方法；采用匹 配滤波器方法；采用零相位滤波方法将背景噪声剔除，提高检测信号信噪比。
8. 根据权利要求1所述的基于声学主动激励的天然气管道安全监测方法，其特征在于 计算机对反射波信号的特征提取，采用小波分析方法；采用经验模态分解方法；采用混沌 分析方法；采用复杂网络方法。
9. 根据权利要求1所述的基于声学主动激励的天然气管道安全监测方法，其特征在于 计算机对反射波信号的模式识别，采用人工神经网络方法；采用支持向量机方法。
【文档编号】F17D5/06GK104373821SQ201410685245
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】曲志刚, 安阳, 冯丹龙, 王华洋, 周卫斌 申请人:天津科技大学