基于IEEMD样本熵分析的管道泄漏定位

为降低城市管道泄漏定位误差,提出1种改进的集合经验模态分解（IEEMD）样本熵分析的管道多点泄漏定位方法。首先通过在EEMD中添加自相关函数计算和EMD算法,得到IEEMD;然后应用IEEMD可将原始泄漏信号直接去噪并分解为真实信号分量和冗余分量,经样本熵分析计算剔除冗余分量,获得有效泄漏信号;最后根据互相关时延计算和声发射时差定位法精确计算泄漏点位置。结果表明:该方法泄漏信号提取效果好、计算效率更高,有效提高了信号的信噪比,降低了信号的均方误差;该方法将管道泄漏定位误差降低至4.06%,较大程度提高了管道泄漏定位精确度。     

基于元胞自动机数学模型的瓦斯抽采管道漏点定位研究

为了解决普通数学模型难以准确描述瓦斯抽采管道内流体的流动状态问题，提出了以元胞自动机模型为基础的瓦斯抽采管道漏点定位模型。根据元胞自动机在空间和时间上离散化的特性来演化管道流体在时空上的连续变化，将管径变化、管壁粗糙度、管构异件种类和数量以及温度等参数沿管道进行离散化，利用元胞自动机理论以及管道两端的信号对管道沿线压力和流量等参数变化进行预测，以判断泄漏的发生和漏点定位。通过实验验证，该方法能提高漏点定位精度。     

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%。     

基于VPL的输油管道实时泄漏检测系统

针对现有管道泄漏检测技术在管道微小泄漏检测和油品泄漏损失计算方面存在的不足,基于流体动力学和容量守恒原理,开发基于VPL（Visual Pipeline）的输油管道实时泄漏检测系统。建立管道模拟平台,通过组态编辑器、图像界面、管道工作室和SCADA 接口,开展输油管道实时泄漏检测、定位与分析,实现管道实时泄漏检测、报警,以及泄漏量的定量计算。现场测试结果显示,所开发的输油管道泄漏检测系统最小泄漏检出率为0.7%,泄漏点定位精度为96.96%,泄漏量计算准确率为94.42%。研究结果表明:基于VPL的输油管道实时泄漏检测系统漏报、误报率低,检测定位精度较高,尤其对于微小泄漏优势明显;同时,该系统能够实时定量计算油品泄漏损失,可以用于输油管道泄漏检测与应急辅助决策。     

基于广义概念的城市燃气管道泄漏精确定位

为了准确地检测城市燃气管道泄漏,提出了一种基于广义概念的管道泄漏检测定位方法。声发射技术对于管道泄漏的检测、定位是一个极好的工具,但由于泄漏源的传播容易受到周围背景噪声以及复杂工况的影响,其定位误差较大。基于时延估计的互相关信号处理方法被广泛用于管道泄漏检测定位,但由于泄漏应力波传播通道的动态特性,使得源信号在传播过程中会产生波形变化,给互相关函数峰值位置的确定带来困难。由此引入广义相关分析方法,通过对信号进行前置滤波,在一定程度上减少了传播通道动态特性因素对泄漏点定位的不利影响,得到了更为准确的时延估值。在此基础上,通过模拟实验,编写Matlab神经网络代码,构造GRNN模型,进一步预测定位。结果表明,GRNN预测的声发射检测值、互相关定位值以及广义相关定位值,相比之前定位精度分别得到提高,其中基于广义相关的延时估计方法定位最为精确,将该方法用于工程实际中,可以更加精确地定位出泄漏点。     

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。     

城市燃气管线泄漏致灾灾害链研究

为了研究城市燃气管线泄漏致灾灾害链,对灾害链的形成机理进行分析,建立灾害链模型,并通过计算灾害链发生概率对灾害链断链减灾方法进行研究。结果表明,城市燃气管线泄漏致灾灾害链可分为致灾环、激发环、损害环三部分;灾害链中因管道裂纹导致的中毒窒息灾害事故、管道穿孔导致的中毒窒息灾害事故及火灾等链条的发生概率较高;致灾环是灾害链断链减灾的关键环节,在城市安全管理中应落实应急预案制度并加强对城市居民的防灾减灾安全教育力度。     

城镇煤气管道漏损分析与风险评价

在管道漏损的各种因素分析与分类的基础上,建立管道漏损综合评价模型,结合事故树法和专家评分法,实现对管道运行状况的评价。事故树模型采用最小割集的方法描述事故树相应的结构函数,从而评价事故树各底层事件的结构重要度。根据专家评分法,对危害因素指标和后果进行评分,实现管道工作状态的风险评价。该分析和评价方法,为实现基于风险评价的风险控制与管理提供理论依据。     

城市供水管网漏损动态预测的Bootstrap-Lee-Carter模型*

为对某城市供水片区的不同管径和管材的管道漏点率进行动态预测,考虑城市供水管网漏损时变特征,采用Bootstrap方法估计Lee-Carter参数模型。针对供水管网漏点率进行经典Lee-Carter模型预测,并通过残差等高线图及其同方差性质检验,比较分析最小二乘法和加权最小二乘法估计Lee-Carter模型参数的拟合效果;考虑供水管网漏损时变引起的模型参数不确定性扰动,利用残差Bootstrap方法抽样模拟Lee-Carter模型参数置信区间和模型改进后的供水管网漏损预测结果。结果表明:Bootstrap-Lee-Carter模型相比经典Lee-Carter模型具有更高的预测精度。     

穿越城市生活区的天然气管道泄漏连锁爆燃后果评估研究*

为评估城市天然气管道泄漏连锁爆燃事故后果,基于计算流体力学(CFD)方法构建穿越城市区域的天然气管道泄漏连锁爆燃后果预测与评估模型,以某城市生活区域为例,在城市生活区域建筑物内风场流动计算的基础上,模拟风场作用下可燃气体在城市建筑物空间内的运移规律,预测可燃气云的积聚区域;考虑意外点火的情况,计算城市生活区域内可燃气云爆燃灾害特征,预测爆燃超压、热辐射和高温的影响。研究结果表明:由于建筑物之间的阻挡与反射作用,建筑物下风向有明显的低风速区域,并在一定时间段后扩散过程趋于稳定;在爆燃火焰作用下,高温和热辐射会造成建筑物部分钢结构发生失效变形。     

Source term estimation of natural gas leakage in utility tunnel by combining CFD and Bayesian inference method

As an effective way to construct and maintain various life pipelines in urban areas and industrial parks, the underground utility tunnel has been developed rapidly in China in recent years. However, the natural gas pipeline leakage in a utility tunnel may cause fire, explosion or other coupling disastrous accidents that could result in fatal consequences. The effective source term estimation (STE) of natural gas leakage can provide technical supports for emergency response during natural gas leakage accidents in utility tunnels. In this paper, a STE model with the combination of gas transport model, Bayesian inference and slice sampling method is proposed to estimate the source parameters of natural gas leakage in underground utility tunnels. The observed data can be integrated into the gas transport model and realize the inversion of natural gas leakage location and release rates. The parameter sensitivity analysis is presented to evaluate the robustness of the proposed model with good practicability, and the gas sensor layouts in the utility tunnel are analyzed and optimized. The spatio-temporal distribution of the leaked gas could be well predicted based on the estimation source parameters by the proposed STE model. The results show that the proposed model is an alternative and effective tool to provide technical supports for loss prevention and mitigation for natural gas leakage accidents in urban utility tunnels.     

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。     

金属埋地管道腐蚀泄漏及大气扩散过程推理模型研究

为了定量评估埋地金属管道腐蚀泄漏的风险,将贝叶斯网络和蒙特卡罗模拟方法用于计算管道腐蚀泄漏及扩散范围概率。建立了埋地金属管道腐蚀泄漏贝叶斯网络,量化了各事件之间的关联。在已知先验概率的基础上,运用贝叶斯概率计算得到管道腐蚀泄漏的后验概率值。利用蒙特卡罗模拟方法对泄漏后气体扩散范围进行了数值模拟,给出了主要模型变量的概率密度函数,得到了扩散区域范围概率分布特征。研究结果表明,管道腐蚀泄漏过程受输送介质和土壤腐蚀性、防腐措施有效性和大气扩散条件的影响,具有较大的不确定性。分析方法考虑了模型参数随机性对计算结果的影响,评估结果可以用于比较不同条件下埋地金属管道腐蚀泄漏扩散的风险。     

中压燃气管道泄漏工况下流量扰动幅度模拟分析*

为检测和定位燃气管道泄漏,基于泄漏定位公式,利用模拟软件Pipeline Studio构建等效中压管道模型,模拟不同工况条件下燃气管道泄漏动态。结果表明:泄漏发生后,一定时域内用户端流量将出现扰动,供气压力越高、供气量越大、泄漏孔径越小、管道长度越长,流量扰动持续时间越长;忽略管长影响,泄漏位置越接近气源,流量扰动幅度越易出现先增大后减小趋势,反之易出现单调递减趋势;泄漏端位置距离用户端越近,流量扰动幅度越大,反之越小。研究结果可为燃气管道泄漏检测和定位提供理论依据。     

2种基于模式识别的环状燃气管网泄漏检测方法

为了将模式识别技术应用于环状燃气管网泄漏检测并找到合适的特征提取方法,以天津城建大学实验室环状燃气管网泄漏为例,将实验的28种工况作为测试样本,与之对应的模拟工况作为训练样本,采用提取压力图像特征向量法和节点压力矩阵法分别进行环状燃气管网的泄漏检测,采用支持向量机分类器将2种方法获得的特征向量进行训练与分类检验,进而将其分类准确率进行对比分析。研究结果表明:该2种方法均可用于环状燃气管网泄漏检测,提取压力图像特征向量法因有效地降低了特征向量的维度和数据波动的干扰,其结果更优。结合SCADA和GIS系统,可将该法应用于实际水、气、油管网泄漏检测和定位,有助于降低成本,提高检测效果。     

基于AHP-熵权法的城市燃气管道风险评价*

为全面、客观地评价城市燃气管道风险,提出1种基于AHP-熵权法的城市燃气管道风险评价模型。该模型基于风险评价理论,结合管道失效可能性与后果严重性,构建包含105个评价底因素的城市燃气管道风险评价指标体系。针对城市燃气管道风险因素的复杂性和模糊性,引入模糊数学思想和方法,结合AHP和熵权法确定评价指标的综合权重,再运用模糊综合评价法和风险分析矩阵评估燃气管道风险等级。结果表明:该评价模型风险评价结果与实际情况相符,可为城市燃气管道风险预警与管理提供依据。     

基于Bow-tie模型的城镇输油管道风险评价方法研

根据近年来不断发生的城镇输油管道泄漏爆炸事故,提出将Bow-tie模型引入到风险评价中,将Bow-tie模型和改进的层次分析法相结合得出各影响因素的权重并排序,对管道进行风险评价,便于提出合理的安全管理方案,减少事故的发生。通过计算得到第三方因素在管道失效影响因素中占主导,而在事故后果分析中安全后果和环境后果因素影响较大,基本符合事故实际状况,说明该方法对于城镇输油管道风险分析有一定的指导意义和实用价值。     

压力管道泄漏声发射源定位的实验研究

结合实验室声发射仪和油气管道设备,建立了充气管道泄漏声发射检测系统模型,分别在传感器间距、管道压力和泄漏量三种变化状态下进行了泄漏源定位影响实验。对管道泄漏声发射信号的时域统计特征、频域分布特征以及泄漏信号的相关性作了分析;从声信号能量累计和衰减特性方面对互相关定位法和幅度衰减测量区域定位法的可行性进行了计算,表明在传感器间距较小和泄漏量较小的状态下,在背景噪声较小的环境中,用互相关法具有较好的定位精度;而幅度衰减测量区域定位方法对泄漏源的定位误差较大。     

深埋管道中泄漏孔对燃气泄漏影响的数值模拟*

为研究泄漏孔的各种因素对深埋土体中燃气管道泄漏的具体影响，采用1个包含燃气管道的三维模型，研究单个泄漏孔的大小、位置、形状对于埋地燃气管道泄漏的影响，并建立大小相等的双泄漏孔的燃气管道，确定双泄漏孔间距对于燃气泄漏扩散的影响。结果表明:泄漏孔越大，燃气在土壤中的扩散速度越快，且泄漏孔的大小对深埋燃气管道泄漏的影响最大；泄漏孔位置的影响次之，顶部与侧壁的泄漏孔扩散速度相差无几，底部泄漏孔的扩散速度远低于前2者；双泄漏孔间距的影响较小，双泄漏孔的距离越小，甲烷的扩散速度越快；泄漏孔形状对于深埋燃气管道泄漏扩散的影响非常小。