基于模型的油气管道泄漏检测与定位方法研究
泄漏检测与定位系统是油气管道安全运行的重要组成部分。目前已有多种管道泄漏检测与定位方法,但在适用的泄漏工况和应用上都存在一定的局限性。基于模型的管道泄漏检测与定位方法依据流体的输送模型对泄漏量和泄漏位置进行预测,适用于突发泄漏、小泄漏和缓泄等多种泄漏工况的检测和定位。近年来,随着流量测量技术、数据采集与监控技术及装置的发展及应用,为基于模型的方法在油气管道泄漏检测中的进一步应用提供了基础。现有的基于模型的管道泄漏检测与定位方法定位时间过长,定位精度受模型参数影响较大,且在气体管道上的应用研究较少,因此对基于模型的泄漏检测与定位方法进行深入研究,促进其在管道泄漏检测中的应用具有重要的理论意义和应用价值。
本文在详细分析现有基于模型的管道泄漏检测与定位方法的基础上,进一步研究基于稳态模型的管道泄漏检测与定位方法在油气管道上的应用,研究泄漏瞬态过程中的泄漏检测与定位方法,并对管道泄漏仿真建模方法进行探讨。
对管道泄漏仿真建模方法进行研究,基于管道系统与电路系统的相似性,建立气体管道泄漏仿真模型,为泄漏检测与定位算法的验证提供必要的泄漏仿真数据,通过实际管道的泄漏实验验证了所建模型的有效性。
对基于稳态模型的泄漏检测与定位方法在油气管道上的应用进行研究,针对气体管道,提出等温定位法和变步长龙格.库塔法,可分别用于等温和非等温气体管道的泄漏定位,并通过仿真和实验研究对模型简化的影响进行分析,为基于模型的气体管道泄漏检测与定位方法的应用提供参考和依据。针对稳态模型法受测量噪声影响较大的问题,采用基于最小二乘的最优泄漏点辨识方法对稳态模型法进行改进,实验研究表明改进后的稳态模型法可加快定位的收敛速度,增强了对噪声的抑制能力。
对泄漏瞬态过程中信息产生和传播进行研究,提出一种基于泄漏瞬变模型的泄漏检测与定位方法,实现在管道泄漏瞬态过程中的准确定位。并综合稳态模型法和泄漏瞬变模型法的各自特点和优势,构建集成泄漏检测与定位方法。实验研究表明,所提出的泄漏瞬变模型法可有效利用泄漏的瞬变信息,在泄漏发生后最短时间内进行定位,所构建的集成泄漏检测与定位方法,既能保证泄漏检测与定位的实时性,又可实现泄漏检测的完整性。
通过研究模型参数不均一性对泄漏定位的影响,提出一种管长等效变换方法,该方法将模型参数的不均一性转换为管段长度的变换,可在不改变定位算法复杂度的基础上进行定位误差的补偿,提高了模型法的定位精度。实际管道的实验研究进一步验证了所提出的补偿方法的有效性。
本文所提出的等温定位法和变步长龙格.库塔法,促进了基于模型的方法在气体管道泄漏检测与定位中的应用,所提出的泄漏瞬变模型法和定位误差补偿方法提高了基于模型的管道泄漏检测与定位方法的实时性和准确性,促进了基于模型的方法在油气管道泄漏检测中的进一步发展和应用。
油气管道;管道泄漏检测;瞬态模型;稳态模型;特征线法
北京化工大学
博士
控制理论与控制工程
王建林
2010
中文
TE973.6;TP391.9
136
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）