基于应力波的相关法泄漏检测与提高泄漏检测可靠性方法_secret

1、第 PAGE 7 页 共 NUMPAGES 7 页基于应力波的相关法泄漏检测与提高泄漏检测可靠性方法摘要：随着埋地钢质管网的老化、第三方破坏使管道泄漏事件时有发生，与国内正在推行的节能降耗宗旨相违背，给企业和社会带来了较大的危害。介绍了相关检漏技术的发展历程和相关检漏与漏点定位算法的数学原理，以及由于环境干扰造成的虚假漏水信号的辨析技术，既通过利用不同检测仪器的特点，采取互相验证的方法来提高漏点定位的可靠性。并在此基础上，总结出较为实用的埋地钢质管网泄漏检测组合方法，以提高检测的准确性。关键词： 泄漏 相关检测 干扰信号 可靠性 组合泄漏检测中图分类号：TP806.1 Correlation

2、Leak Detection base on stress wave and the method to increase its ReliabilitySHI Xiu-shan HE Ren-yang Yang yong et al (Pressure Pipeline and air bottle Division, China Special Equipment Inspection and Research Institute, Beijing 100013)Abstract: The matter of Pipeline leak caused by the aging pipeli

3、ne network and destroyed by others happens frequently and Bring harm to the Enterprises and society and reverse the purpose of saving source that carrying through .The paper first introduced the development history of correlation leak detection technology and then analyzing the theory of Correlation

4、 Leak Detection on mathematics. Then gives a method that differentiates and analyses a signal interference like leak by using different apparatus. By this method can improve the Reliability. Finally the paper gives process of combination detection that how to find a leak on pipeline. Key words: leak

5、; Correlation Leak Detection; Signal interference; Reliability combination detection of leak 1、前言管道运输在世界经济中发挥着越来越重要的作用。由于老化、腐蚀、磨损和人为破坏等因素,管道泄漏现象频频发生。为了减少损失和保护环境,对管道进行泄漏检测是一项十分重要的技术。现已有多种管道泄漏检测方法,由于管道泄漏检测是多领域多学科知识的综合,各种方法在检测方式和技术手段方面差别较大,从最简单的人工分段沿管道巡视到较为复杂的软硬件相结合的方法,从陆地检测发展到海底检测,甚至利用飞机或卫星遥感检测大范围管网等1

6、。对于管道泄漏检测技术的研究近年来不断有新的发展，检漏方法也由最初的听漏发展到各式各样的基于现代信号处理和自动化装置的检漏，其中相关检漏法是当前比较先进、有效的一种检漏方法。1960年英国水研究中心最先开发了相关检漏仪，随后法国、日本等国也相继研制了相关检漏仪，自20世纪80年代，国外开始研究用互相关法检测水管泄漏，并取得良好的效果1。2 相关检漏原理与漏点定位算法2.1 相关检漏原理管线由于腐蚀、人为打孔等原因破裂时管内高压流体由破裂处喷出，由于与管壁的相互作用产生一个高频的振动噪声，以应力波的形式沿管壁传播。管壁的阻尼作用使得只有一定的频率的波才能传播较远距离，这与管道的振动模型有关，应力

7、波与管道的振型共振的优势振动能传播较远的距离。由泄漏引起的管壁振动包括横振动、纵振动和圆环振动，圆环振动与泄漏密切相关，安装在管道上的相应传感器检测到应力波，经过处理后能确定是否有泄漏和对泄漏点定位4。 管道的相关检漏法是指利用两个传感器拾取漏点发出的声波，对这两路声波信号进行互相关分析，没有泄漏时，相关函数的值在零附近；发生泄漏后，相关函数的值将发生显著变化；另外，当管道泄漏点的位置不同时，两个信号的延迟时间就有区别，信号的相关函数的值就会改变。因此，根据信号的相关函数信息，就可以对管道的泄漏状况进行检测。2.2 漏点定位算法图1 相关检漏技术的定位原理图管道检漏技术的定位原理如图1所示，假

8、设管道在Q点发生泄漏，泄漏发生后，在泄漏处将引起压力突降，产生一个以Q点为泄漏源的声波信号，该声波信号将以一定的波速V向管道两端传播，安装在管道A、B两端的传感器分别在t和()时刻检测到这个信号（这里假设泄漏点距离两个传感器的距离LaLb），由于同时也有外部噪声的影响，设A、B两端的传感器测得的信号样本函数分别为A(t)、B(t)，因而它们可以表示为以下形式： (1) (2)其中和分别为A、B两点的背景噪声。对A(t)、B(t)进行相关运算： (3)为了处理数据方便，一般认为泄漏信号与噪声信号相互独立不相关，噪声信号和完全不相关，那么， (4)当相关函数达到峰值时，所对应的值正好与两个传感器检

9、测到的信号的时间差相一致。由数学知识可知，相关函数在处取得极大值的必要条件是在处的导数，由此求出，再测出两个传感器之间的实际长度L和声波在该管道的传播速度V，泄漏点Q的位置就可以用下面的公式计算出来： (5)或者 (6)3、某数字相关仪介绍3.1、仪器特点 中文菜单操作2-12频段独立分析彩色触摸屏LCD显示器采集频率范围：0-5000HZ 适用钢管、铸铁管、塑料管相关分辨率：16000点FFT功能、相干分析图2 某数字相关仪工作原理图绘制管线测试图采集的信号通过发射机无线传输数据存储160个相关过程文件RS232接口程序升级3.2某数字相关仪的构成 相关仪主机 发射机A和B 天线（接收无线信

10、号） 探头（采集信号） 耳机12V车载电源连接线 电池充电器 AC变换器12V100-240V 打印机/PC连接线 该种仪器是利用泄漏点产生的应力波进行相关分析进行漏点定位的，其工作原理如图2所示。它可对三种材质的管道进行泄漏检测，把泄漏信号分为12个频段，可以选择任何两个或更多频段进行相关分析，对某些干扰频段可进行滤波，可以满足在某些高噪音环境下进行检测，如各种装置区、车流多的马路下。该仪器存有声速表并可以添加需要是声速2。4、产生干扰信号的情况实例分析由于管道一般都是承受一定压力的，流体介质在泄漏点产生多相流，在漏点附近产生一种连续频率振动，根据以往研究的结果表明，直接从管道上听到的漏水频

11、率一般为50HZ3600 HZ，而漏水点频率在漏点中心的路面上的频率为50HZ90HZ（可用电子听漏仪进行检测）。泄漏声音的大小和管道的材质、内部压力、泄漏点形状、大小、位置有密切的关系。该方法中只要仪器接收到的信号和真实的漏水信号相似，那么仪器就认为该处有泄漏点，但实际上往往这些是由于生产工况引起的虚假漏水信号所产生的信号。从原理上说，振源未必就是漏点，管道中的流水冲击的三通、转弯角以及管道附属物被激发的振动也是振源；其二是车辆和工矿企业及各种环境噪声在严重时会产生干扰，影响检测效果；其三，声音或振动传输的复杂性：如隔着埋层在路面上方测听下方的水管，漏水声经过埋层传播，必然有被吸收、散射的现

12、象，而且不同频率的成分被吸收和散射的程度也不同，埋层越深越杂乱，这种被吸收和散射的情况也就越复杂，即使能听到下方有振动，这种振动引发的声音也与在空气中直接听到的情况有所不同。如直接在管道上测听，管道传输的能力一般比地面好，有时能传至几百米远，但在管线复杂时，也会产生各种反射现象，并且不同频率的振动管道传播的情况也不同，一般是高频衰减更快。这些复杂问题如果检测人员在使用仪器过程中难以把握，就会影响检测效果，甚至产生开挖点没有漏水3。以下就以在某大型化工企业的消防水检测中一些受干扰信号影响造成的漏点误定位的情况介绍。4.1、被测管线与其他管线搭接造成虚假漏水信号实例现场管线分布情况如图3所示。本次

13、测漏过程如下：用听音杆听到栓2, 栓3, 栓4有可疑声音，栓2声音最大，栓4声音最小，用相关仪分别相关栓2和栓3 ，栓3和栓4，栓2和栓4 . 栓2和栓3的相关结果为图示漏点处，在从栓2用管线仪直接连接发射机检查，没有发现栓2和栓3直接有任何支线后，判定相关仪所指示漏点位置为漏水点。开挖后发现，仪器指示漏点位置的消防水管主线上方0.6米处有一与消防水管主线平行的自来水管道，下方相邻处有一水泥材质排水管道,并未漏水。具体情况见图4（a）所示，相关信号见图4（b）。仪器指示漏点位置排水管栓1栓2栓3栓4消防水管主线自来水管 图3 现场管线分布图产生干扰信号的原因分析：垂直于消防水管主线的排水管道与

14、消防水管主线相交于一点，排水管道的声音传播到消防水管主线后，再沿消防水管主线向两边传播，被相关仪接收到，并确定了发声的位置，就将该位置指示为漏水点。排水管道的声音来自于排水管道相连的泵或装置或自身的空洞效应。上述下水管道的声音加上自来水管道用水或是漏水或是与自来水管道相连的泵或装置产生的声音干扰，造成了在消防栓处用机械听音杆可以听到可疑声音，由于现场周围并没有明显的发声装置，也没有直接相连的支线，加上相关信号很好的重复性，只有判定该处有漏水。图4（a） 管线搭接情况造成的干扰实例图4（b） 相关仪相关信号分析结果图4.2、异径三通造成虚假泄漏信号的实例图5（a）异径三通支管造成干扰信号实例图5

15、（b）相关仪信号分析结果图 4.3、提高泄漏检测可靠性的方法首先应探察周围管线，摸清被测管线周围其他管线情况、如有无支管、有无与其他管线搭接；检测防腐层破损点情况，如果管道有泄漏点，那么信号点的外防腐层必定破损，如果能够能确定信号点没有破损点，那么该信号必定是干扰信号，而不是真的漏水信号；如果管线有漏水点，那么利用地面电子听漏仪（能够滤波）沿管线检测，泄漏点处信号最强，如果在装置区振动引起的干扰信号，那么整个信号强度不会有很大变化。上述三种检测方法的组合比较可以大大提高泄漏检测的可靠性。5、组合泄漏检测方法在低信噪比环境下的尝试 该测试点是宁波某大型炼化企业的循环水管道，从现场观察发现泄漏的水

16、主要从四个位置冒出，一处是润滑油装置的西北角裂缝、一处是东北角裂缝、另两处是反应塔东边混凝土地基边缘裂缝中，具体位置见现场管线示意图6中的标号，通过现场的观测，初步确定润滑油装置附近的管线可能发生泄漏，于是查漏重点就放在从主管线（DN600）到润滑油装置的两条循环水支管（DN80）上。由于该测点附近有很多电动机和其他转动设备，干扰噪音很严重，单纯使用相关仪检测时，信号比较杂乱，泄漏信号很弱而且信号点漂移到主管三通处（三通处可能产生干扰信号），单靠该信号不能判断该处有泄漏发生，因此必须采用其他检测手段辅助确定，故采用电子听漏仪和防腐层破损定位仪（泄漏处防腐层必定破损），具体检测结果如下。图6 待

17、测管线分布图及干扰源分布通过防腐层破损定位仪检测发现在离B点2米处（P2）有破损点，且在三通处也有破损点，这样还不能判断是三通处还是P2点有泄漏点，破损点定位仪工作原理如图7所示。最后从三通点用电子听漏仪沿怀疑的管线向B点移动，信号强度在三通附近信号一般在49-55DB左右，当从三通向B点移动时信号逐渐争强信号为52-79DB，在到达P2点时信号最强为79DB，这说明该处有泄漏点，具体信号强度见图8 所示。通过现场开挖确认该处有一泄漏点，与信号指示位置偏差1.2米，在正常的允许范围内。图7 防腐层破损定位仪查找破损点的示意图图8 电子听漏仪在管线上方水泥路面检测信号分布6、组合泄漏检测的经验总结漏水检测是一项较为复杂的工作，它涉及诸多环节，管材、环境、泄漏、仪器设备种类多种多样，再加上复杂的管网深埋于地下，所以要成功找出漏水点就要科学合理的使用仪器，充分利用已有资料和数据，作好时间、地点、人、仪器设备的有机结合，发挥漏水检测工作的最佳效果，并针对各种管网的实际情况制定一套严谨、科学、具有可操作性的漏水检测规程也是必须的。使用相关仪、电子听漏仪、防腐层检测仪等几种仪器组合检测的方法在实际工作中大大提高了泄漏检测准确率，特别是在高背景噪