燃气管网泄漏工况特征选择及其图形化的探究

首先选择节点压力组成燃气管网泄漏工况特征向量,研究分析发现其在实际应用中具有一定的局限性,为此进一步提出了管网泄漏工况特征图形化的方法对其进行优化。利用Pipeline Studio建立了经过实验验证的计算机模拟管网,通过稳态模拟获取数据进而绘制燃气管网泄漏工况特征图像并进行对比分析,最终论证了燃气管网泄漏工况特征图形在基于模式识别的燃气管网泄漏检测定位中应用的可行性。     

一种城市燃气管网泄漏风险动态计算模型

为科学地评估并及时控制城市燃气管网泄漏的风险,采用贝叶斯网络(BN)与地理信息系统(GIS)相结合的方法,建立燃气管网泄漏风险动态计算模型。首先,利用故障树(FT)系统地分析管网泄漏事故,考虑到管网服役时间和外界干扰事件的动态性,将建成的FT映射到BN中,进而动态计算燃气管网的泄漏概率;然后运用GIS技术对管网泄漏后果的严重度指标进行赋值,并将动态泄漏概率和后果严重度值结合,建立上述模型;最后,以某区域的燃气管网为研究对象,验证该模型的有效性。结果表明:该模型能够综合时间因素以及突发事件对管网泄漏的影响,实现对管网泄漏风险的动态计算和可视化显示。     

基于多层感知器神经网络和统计小波特征的管道泄漏诊断

油气输送管道泄漏造成的主要问题包括环境危害和经济损失.为了降低管道泄漏造成的危害,提出了一种新的方法用于检测管道泄漏情况.该方法主要通过故障检测与隔离系统建立入口压力与出口流量之间的定量关系,首先,采用OLGA软件模拟获得管道入口压力和出口流量数据,为了提高模型精度,利用小波变换的多尺度分解和重构技术将获取的数据信号分为3级,并将其作为故障检测与隔离系统的训练数据.然后采用统计技术、小波变换及2种方法的融合等方式提取信号的均值、偏差、峰度等特征,将特征提取结果分别作为多层感知器神经网络分类器的输入来确定泄漏状态.最后,利用混淆矩阵对泄漏识别的精度进行验证.对一段长约5 km的天然气管道进行了泄漏检测,将泄漏类型分为10类,结果表明,提出的方法对泄漏位置和泄漏尺寸的自动检测识别率约为92％.该方法不仅可以检测泄漏故障的发生,还可以确定泄漏故障的位置和严重程度.     

基于BP神经网络的盘管泄漏检测方法研究

针对单一阈值不能适用于多变工况条件的问题,采用动态阈值修正的流量平衡法与神经网络法相结合的新方法检测反应釜内冷却水盘管泄漏.通过盘管泄漏模拟试验,研究工况变化与泄漏时盘管进出口流量的变化情况.从流量信号中提取盘管泄漏的特征指标构造出神经网络输入矩阵,通过使用大量试验数据对BP神经网络进行训练,对比不同结构的网络训练误差结果,确定其网络结构,建立对盘管运行状况进行分类的BP神经网络模型.试验证明,这种方法能有效检测出盘管泄漏.     

基于小波包熵与AFSA-SVM的压力管道泄漏识别

为了快速、准确地诊断出输气压力管道不同的泄漏状态,提出了一种基于小波包熵与人工鱼群优化支持向量机(AFSA-SVM)相结合的压力管道泄漏模式识别方法。该方法首先对管道泄漏时产生的声发射信号进行小波包分解,并对分解的最后一层节点重构信号进行相关性分析,以获得敏感的节点信号。然后求取这些敏感节点信号的小波包熵值,作为管道不同泄漏信号的特征向量。最后将小波包熵值输入到SVM中,并运用AFSA方法对SVM分类器中惩罚因子C与核函数参数g进行全局优化,以提高其分类准确率。实验结果表明,该方法能准确地识别压力管道不同的泄漏状态,为天然气管道泄漏状态监测提供新方法。     

卷积神经网络在燃气管道故障诊断中的应用

为了提高燃气管道泄漏故障的诊断能力,判断燃气管道故障泄漏的类型,将深度学习神经网络应用到燃气管道故障诊断领域,提出了一种基于卷积神经网络与softmax分类器的燃气管道故障诊断技术。选取燃气管道故障中的9种特征参数作为模型的原始输入量,经过卷积神经网络的特征提取、参数重构、soft-max分类,最终达到诊断的效果。将得到的卷积神经网络模型应用在实验室的燃气管道故障泄漏检测系统中,结果表明,这种模型在燃气管道故障识别中的准确率稳定在92. 54%,与BP神经网络相比该方法有明显的准确率和稳定性。     

城市燃气管网泄漏事故分析知识图谱构建及应用研究*

为深入认识燃气管网泄漏事故的发生发展机理,提高事故分析预测的自动化、智能化、数字化水平,利用知识图谱对燃气管网泄漏事故进行研究。在事故案例分析的基础上,从人-物-环-管的角度对燃气泄漏过程以及火灾爆炸次生事故的相关实体进行归纳梳理,对实体间的逻辑关系和非逻辑关系进行辨识,并对实体的属性进行分类,进而构建出较为全面的燃气管网泄漏事故知识图谱。在此基础上,搭建BP神经网络模型,基于已知实体或属性状态,预测相关联其他实体或属性的状态。研究结果表明:燃气管网知识图谱能够有效展示燃气管网泄漏事故发展的动态过程及相关要素,结合BP神经网络能够有效预测事故的发展路径及相关状态,从而提高燃气管网泄漏事故的分析预测水平与效率。     

基于相似理论的燃气管网水力工况分析

为了实现对城市燃气管网全覆盖、无死角的安全性监控,提出了通过实验、模拟等方法实现对实际燃气管网水力工况的实时安全监控。基于相似理论及相似方法推导得到相似准则数;根据相似准则数建立与实验室燃气管网相似的实际燃气管网模型;通过对比实验室燃气管网与实际燃气管网节点运行压力,对相似准则数的准确性及适用范围进行了验证;提出了实验室燃气管网的优化方案。研究结果表明:利用相似准则数建立的实验室燃气管网可以模拟实际燃气管网水利工况。     

北方地区城市燃气管网检验检测及安全性评价

城市燃气管道是一种压力管道,人工煤气属易燃易爆、有毒气体,燃气管网老化、腐蚀严重时将产生管道穿孔、泄漏等严重后果。对北方地区某市燃气管网的调查分析表明,管道运行时存在诸多不安全因素,如管网设施老化,部分管道超期服役;受气质与使用年限的影     

北方地区城市燃气管网安全性评定

对北方地区某市燃气管网的主要失效形式进行了统计分析,提出了燃气管网的检验检测方法,并对低压庭院管道进行了开挖检测。根据有关规范要求,建立了燃气管网安全性评定准则,并重点对低压庭院管道进行了安全等级划分。同时,采用蒙德评价法对燃气管网单元进行了风险评价。分析表明,采用风险评价法与安全技术规范对燃气管网单元的安全性评定结果基本一致。     

Acoustic detection technology for gas pipeline leakage

Gas leakage from pipeline leads to significant environmental damages and industrial hazards, so small leakage detection for gas pipeline is essential to avoid these serious leakages. However, because of the high frequency component of leakage signal attenuates quickly, traditional detection method which inspects pressure or vibration signal has problem to get effective information from leakage signal. So, a novel detection method based on acoustic wave is proposed. This paper, firstly, researches on the phonation principle of pipeline leakage and the characteristic of sound source, and simulates the leakage acoustic field on the basis of aero acoustics. Secondly, using Wavelet Packet Transform method and Fuzzy Support Vector Machine pattern classification, the laboratory testing for identifying acoustic signal of gas pipeline leakage is presented. Finally, the field application demonstrates that the detection system could identify small gas leakage effectively and avoids false-alarms which caused by running conditions with a good prospect.     

The method for leakage detection of urban natural gas pipeline based on the improved ITA and ALO

To solve the problems of the difficulty in early leakage monitoring and larger positioning error for urban hazardous chemicals pipelines, the optimized method based on the improved Inverse Transient Analysis (ITA) and Ant Lion Optimizer (ALO) was proposed. Firstly, based on the obtained experiment's results of leakage of natural gas in the non-metallic pipeline, the segment classification method was incorporated into the pressure gradient calculation. The modified method can adapt to the multi-node characteristics of urban pipe networks and help to obtain the preliminary positioning calculation results after optimization. Then the calculation results were embedded in the ITA calculation model. The input parameters of the gas pipeline such as boundary conditions, leakage rate and friction coefficient were used to establish the characteristic linear equations. Then the objective function of the least-squares criterion was defined, and the improved ITA model suitable for leakage detection of urban natural gas pipeline networks was constructed. Finally, the ALO was used to optimize the calculation process of the improved ITA model, and iteratively optimize the optimal friction coefficient and its corresponding minimum objective function (OF) value. As a result, a more precise location of the leakage source was calculated. The validation of the modified method is conducted by comparing the calculated values with the experiment's results. The results show that the method can accurately predict the location where the pipeline leakage occurs. The minimum error is 3.17%. Compared with the traditional ITA, this method not only accelerates the convergence speed of the objective function, but also improves the accuracy of location calculation.     

基于稳态模型的井下抽采主管道泄漏检测方法研究*

为准确检测煤矿井下瓦斯抽采主管道泄漏位置，提出基于稳态模型的管道泄漏检测与定位方法，采用Comsol数值模拟及地面相似实验研究压力梯度法对煤矿井下抽采管道泄漏检测与定位的可行性及准确性。研究结果表明:管道未泄漏时，管内沿线压力呈均匀分布，当管道突发泄漏时，管内压力分布呈现明显弯折现象，弯折处即为管道漏点位置，并对管道阻力计算公式进行修正，提高了检测准确性；随着管道泄漏程度的加大，湍流效应显著增强，漏点处速度、压力产生明显突变，且当其他条件恒定时，随着管道泄漏孔径的扩大，管道的漏入量越大，定位的相对误差越小；在宏岩矿开展地面相似实验，实验结果绝对误差为4.5 m，相对误差为6%；在阳煤五矿井下8421抽采巷进行现场应用，绝对误差134 m，相对误差约7.95%。     

Integrated leakage detection and localization model for gas pipelines based on the acoustic wave method

With the development of natural gas transportation systems, major accidents can result from internal gas leaks in pipelines that transport high-pressure gases. Leaks in pipelines that carry natural gas result in enormous financial loss to the industry and affect public health. Hence, leak detection and localization is a major concern for researchers studying pipeline systems. To ensure the safety and improve the efficiency of pipeline emergency repair, a high-pressure and long-distance circular pipe leakage simulation platform is designed and established by similarity analysis with a field transmission pipeline, and an integrated leakage detection and localization model for gas pipelines is proposed. Given that the spread velocity of acoustic waves in pipelines is related to the properties of the medium, such as pressure, density, specific heat, and so on, this paper proposes a modified acoustic velocity and location formula. An improved wavelet double-threshold de-noising optimization method is also proposed to address the original acoustic wave signal collected by the test platform. Finally, the least squares support vector machine (LS-SVM) method is applied to determine the leakage degree and operation condition. Experimental results show that the integrated model can enhance the accuracy and precision of pipeline leakage detection and localization.     

基于Logistic回归的燃气管网风险因素重要度分析方法研究

为确定燃气管网风险评估的关键风险因素,以A省各地市燃气管网为研究对象,基于燃气专家经验确定燃气管线风险等级,提出基于Logistic回归的燃气管网风险因素重要度分析方法。采用样本增强及随机抽样的方式,选取400个均衡样本作为管网评估数据输入,通过因子分析方法对其进行降维,得到3个公共因子并作为一级指标反向构建燃气管网风险评估指标体系;利用有序多分类Logistic回归方法,根据回归系数绝对值大小对风险因素进行重要度排序。研究结果表明：外界环境对燃气管网风险的贡献程度相对较高,管道自身因素和巡检养护次之。研究结果可为城市燃气风险防控提供理论依据和方法参考。     

基于UHBs的输气管道高后果区泄漏燃爆事故分析

为探究输气管道高后果区中人的不安全行为（Unsafe Human Behaviors,UHBs）对输气管道泄漏燃爆事故发生的影响,结合模糊Bow-tie模型和贝叶斯网络对输气管道泄漏燃爆事故进行分析。构建基于T-S模糊故障树的输气管道泄漏燃爆模糊Bow-tie模型,并转化为贝叶斯网络;从人的不安全行为发生的可能性出发,将不同等级高后果区划分为不同等级人口敏感区;利用专家经验评判法得到不同等级人口敏感区基本事件的先验概率和中间事件的条件概率表;运用贝叶斯网络双向推理算法求解模糊Bow-tie模型。结果表明:随着地区人口敏感等级的提高,输气管道泄漏燃爆事故发生的概率随之增大,发现导致输气管道失效泄漏事故发生的最主要原因为施工破坏,失效原因与EGIG分析的结果基本相符,验证该方法在高后果区输气管道泄漏燃爆事故分析上的可行性,可为输气管道高后果区的安全管理提供决策依据。     

可变径管道漏磁检测有限元仿真与实验研究

为了更好地支持压力管道检验,降低事故率,本文基于漏磁检测原理,利用有限元分析软件建立了管道外漏磁检测模型,对管道漏磁检测进行了仿真计算,得到了缺陷处漏磁场特征曲线,模拟了圆柱形缺陷对管道外壁漏磁场的影响,得出了不同参数缺陷对漏磁场的影响规律,并且基于理论和有限元计算结果试制了可变径管道外漏磁检测仪的样机,利用该检测仪对壁厚为8mm的带有人工缺陷的管道进行扫描检测,研究不同参数缺陷对漏磁场信号的影响规律。结果表明,所得结果与有限元仿真的结果吻合良好,且缺陷检测精度及效果满足要求,另外,检测装置对内外壁缺陷检测同样可行有效,适合特种设备（压力管道）检测的工程应用。     

基于模糊相似优先比的供水管网渗漏同步诊断*

为加强城市供水管网渗漏诊断能力,采用基于模糊相似优先比的漏损判别方法实现供水管网漏损定位及漏损程度的同步诊断。通过MATLAB软件调用最新版EPANET V2.2建立供水管网模型,在管段中间加入扩散器模拟单次渗漏事件,通过更改扩散器系数实现渗漏量的控制;基于压力驱动水力分析得到各节点压力变化,遍历模拟各管段漏损后,通过建立节点压力灵敏度矩阵,采用K均值聚类法进行监测点布置;在此基础上,在易渗漏管段模拟产生不同渗漏级别的渗漏事件,以监测点压力变化值构建源范例库,在熵权法的基础上,采用模糊相似优先比方法同步诊断渗漏位置及渗漏程度。以某一实际管网为例,模拟产生50例历史渗漏事件,采用模糊相似优先比同步诊断新渗漏事件的渗漏位置及渗漏程度,并对比3种权重方法。结果表明:模糊相似优先比法可有效地实现渗漏定位与渗漏程度的同步诊断。     

天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟

针对长输天然气架空管道泄漏问题,综合考虑风速随海拔变化的边界条件、管道管形及泄漏方向等因素,建立非稳态泄漏模型,对不同管道泄漏压力和不同天然气浓度边界的天然气非稳态泄漏扩散进行了数值模拟。结果表明:在天然气向下泄漏的工况下,天然气气团主要在地面积聚,呈无规则的扩散;天然气管道泄漏压力与气体泄漏扩散速度成正比,与天然气浓度边界达到稳定所需时间成反比:不同泄漏压力下天然气扩散稳定后的扩散距离及泄漏影响面积大致相同;天然气浓度边界越小,达到稳定所需时间越长。