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基于声学传感器的管道泄漏定位研究
| 论文题名： | 基于声学传感器的管道泄漏定位研究 |
| 关键词： | 管道泄漏;故障定位;声学传感器;信号处理 |
| 摘要： | 随着能源危机和环境问题的日益严重，碳捕获和封存(Carbon Capture andStorage，CCS)技术被认为是处理全球气候变暖、减少温室气体最有效的一种方法。CCS技术是将工业、能源产业所生产出来的二氧化碳分离出去，再通过碳存储手段，将其输送到海底或者地下等与大气隔绝的地方。其中，管道运输是长距离运输捕获后的二氧化碳最经济、最可靠的方式。因此，针对管道运输中存在的泄漏问题进行研究具有重要意义。掌握CO2管道泄漏扩散规律、准确定位泄漏源可以对泄漏事故进行预测以及采取措施，从而降低事故的发生。 本文建立了基于声发射的二氧化碳运输管道泄漏检测平台，通过理论分析、CFD数值模拟以及实验验证，对管道泄漏进行了全面的研究，并且实现了基于声发射方法的泄漏源定位。 首先，论文分别从时域角度和频域角度对声发射信号特性进行了分析。时域方面，主要分析了突发型与连续型声发射信号的特性，以及管道材质对声信号的影响;频域方面，基于功率谱密度的原理，比较了声发射信号与噪声信号的频域分布，并且论证了泄漏声发射信号与噪声信号的区别，在此基础上探究可行的去噪方法。 其次，根据流体泄漏喷射原理，建立管道泄漏扩散湍流模型，使用Fluent模拟不同管道压力、不同泄漏孔径以及有风速时CO2泄漏的扩散情况，分析出不同因素对泄漏扩散的影响，并且计算出管道泄漏的声信号频谱范围，从而确定本课题所采用的传感器型号以及采集装置。 最后，为了去除背景噪声的干扰，提取声发射信号的特征，对声信号采用小波变换以及经验模态分解进行重构。泄漏传统的定位方法是利用泄漏发生时，声发射信号会沿着管壁传播的现象，通过安装在管道两端的传感器进行信号采集，通过互相关分析来确定泄漏孔的位置。由于声发射信号的频散、相移以及传播的衰减问题，该方法在实际应用过程中存在一定的局限性，测量结果具有较大的误差或随机性。因此，本课题对传统定位算法进行了优化设计。提出了采用多传感器数据融合算法来提高定位精度。将泄漏孔上下游的传感器分别分为两组，两组信号分别进行互相关，从而增加检测系统的容错性能以及定位准确性。实验表明，泄漏点定位误差不超过5％，应用多传感器网络可以有效解决决策问题，同时使用了多级数据融合算法，泄漏源定位也显著提高。 |
| 作者： | 马一凡 |
| 专业： | 控制科学与工程；检测技术与自动化装置 |
| 导师： | 闫勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华北电力大学(北京) |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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