利用被動波動技術的管道結構泄漏監(jiān)測研究

發(fā)布時間：2020-10-12 22:05

　　由于管道運輸具有成本低、效率高、污染小、過程連續(xù)、受外界影響小以及可實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點,使得管道運輸在國內外得到廣泛應用,特別在天然氣、原油、成品油的運輸中占據十分重要的地位。然而,隨著管道運輸線路服役時間的增長、管道周邊復雜的環(huán)境和管道運輸物質的特殊性的影響,使得管道運輸在運營維護階段將可能面臨泄漏或者爆炸的危險,從而給自然環(huán)境、國家經濟和人民生命財產帶來巨大的損失。因此,對管道結構進行泄漏監(jiān)測具有非常重要的意義。在泄漏過程中將引發(fā)管道結構發(fā)生微小波動,雖然泄漏誘發(fā)聲波傳播較為復雜,但利用被動波動技術能夠有效地對管道泄漏進行監(jiān)測,所以利用被動波動技術的管道泄漏監(jiān)測得到了越來越多的關注。對管道結構泄漏進行監(jiān)測,其重點在于研究聲波的傳播規(guī)律和準確判斷泄漏源位置,然而目前此類研究較少,許多問題亟待解決。本文通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗驗證相結合的方法,對管道結構泄漏監(jiān)測進行研究,旨在提出一種相對準確的基于壓電陶瓷被動波動性的泄漏源定位方法。主要內容如下:首先,介紹泄漏聲波的產生和傳播機理,并且對泄漏聲波在管道中傳播的特點進行理論分析,從而推到出泄漏聲波在管道中傳播的頻散方程。利用MATLAB語言對泄漏聲波的頻散方程進行數(shù)值求解,繪制群速度的頻散曲線,并根據經多次試驗測量確定的泄漏聲波頻率,對照頻散曲線,確定泄漏聲波在管道中傳播的群速度,該群速度即可表征泄漏聲波在管道中傳播的速度。其次,利用飛行時間法(Time of Flight,TOF)評估泄漏源的位置。利用ABAQUS有限元軟件對泄漏源定位的方法進行研究,明確主要影響因素和影響規(guī)律,重點研究泄漏聲波抵達不同位置PZT傳感器的時間差。為了驗證時差定位法對管道結構泄漏源定位的可行性以及互相關函數(shù)分析法對確定時間差的有效性,利用數(shù)值模擬的方法進行驗證研究。用動位移代替泄漏孔處的泄漏沖擊以簡化數(shù)值模擬模型,用壓電元模擬PZT傳感器,實現(xiàn)數(shù)值模擬采集數(shù)據與試驗分析采集數(shù)據同為電信號。數(shù)值模擬結果表明互相關函數(shù)分析法能準確地確定信號時間差的大小,利用時差并結合TOF法能準確地確定泄漏源的位置,為泄漏源定位的試驗驗證和工程應用奠定理論基礎。最后,對利用被動波動技術的管道結構泄漏監(jiān)測進行試驗研究,以驗證所提出方法的有效性。利用PZT傳感器作為信號的接收裝置,建立一套便捷有效的試驗系統(tǒng),對不同傳播距離、不同液體壓強的管道結構泄漏進行了試驗。通過數(shù)值模擬結果與試驗分析結果進行對比,表明利用被動波動技術的管道結構泄漏被動監(jiān)測方法具有良好的可行性與準確性。
【學位單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U178
【部分圖文】：