基于聲學(xué)傳感器的管道泄漏定位研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，碳捕獲和封存(Carbon Capture andStorage，CCS)技術(shù)被認(rèn)為是處理全球氣候變暖、減少溫室氣體最有效的一種方法。CCS技術(shù)是將工業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)所生產(chǎn)出來(lái)的二氧化碳分離出去，再通過(guò)碳存儲(chǔ)手段，將其輸送到海底或者地下等與大氣隔絕的地方。其中，管道運(yùn)輸是長(zhǎng)距離運(yùn)輸捕獲后的二氧化碳最經(jīng)濟(jì)、最可靠的方式。因此，針對(duì)管道運(yùn)輸中存在的泄漏問(wèn)題進(jìn)行研究具有重要意義。掌握CO2管道泄漏擴(kuò)散規(guī)律、準(zhǔn)確定

2、位泄漏源可以對(duì)泄漏事故進(jìn)行預(yù)測(cè)以及采取措施，從而降低事故的發(fā)生。
　　本文建立了基于聲發(fā)射的二氧化碳運(yùn)輸管道泄漏檢測(cè)平臺(tái)，通過(guò)理論分析、CFD數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)管道泄漏進(jìn)行了全面的研究，并且實(shí)現(xiàn)了基于聲發(fā)射方法的泄漏源定位。
　　首先，論文分別從時(shí)域角度和頻域角度對(duì)聲發(fā)射信號(hào)特性進(jìn)行了分析。時(shí)域方面，主要分析了突發(fā)型與連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的特性，以及管道材質(zhì)對(duì)聲信號(hào)的影響;頻域方面，基于功率譜密度的原理，比較了聲發(fā)射信號(hào)與

3、噪聲信號(hào)的頻域分布，并且論證了泄漏聲發(fā)射信號(hào)與噪聲信號(hào)的區(qū)別，在此基礎(chǔ)上探究可行的去噪方法。
　　其次，根據(jù)流體泄漏噴射原理，建立管道泄漏擴(kuò)散湍流模型，使用Fluent模擬不同管道壓力、不同泄漏孔徑以及有風(fēng)速時(shí)CO2泄漏的擴(kuò)散情況，分析出不同因素對(duì)泄漏擴(kuò)散的影響，并且計(jì)算出管道泄漏的聲信號(hào)頻譜范圍，從而確定本課題所采用的傳感器型號(hào)以及采集裝置。
　　最后，為了去除背景噪聲的干擾，提取聲發(fā)射信號(hào)的特征，對(duì)聲信號(hào)采用小波變換以及

4、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解進(jìn)行重構(gòu)。泄漏傳統(tǒng)的定位方法是利用泄漏發(fā)生時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)會(huì)沿著管壁傳播的現(xiàn)象，通過(guò)安裝在管道兩端的傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，通過(guò)互相關(guān)分析來(lái)確定泄漏孔的位置。由于聲發(fā)射信號(hào)的頻散、相移以及傳播的衰減問(wèn)題，該方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在一定的局限性，測(cè)量結(jié)果具有較大的誤差或隨機(jī)性。因此，本課題對(duì)傳統(tǒng)定位算法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。提出了采用多傳感器數(shù)據(jù)融合算法來(lái)提高定位精度。將泄漏孔上下游的傳感器分別分為兩組，兩組信號(hào)分別進(jìn)行互相關(guān)，從而增加檢