本文選題：微小泄漏 + 球形內(nèi)檢測(cè)器�。� 參考：《天津大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：長(zhǎng)輸油氣管道在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用,同時(shí)又時(shí)有安全事故發(fā)生。近年來(lái),隨著管道運(yùn)營(yíng)時(shí)間增長(zhǎng),因腐蝕、老化、裂紋、自然泄漏等原因?qū)е碌奈⑿⌒孤┦录饾u成為管道安全檢測(cè)領(lǐng)域的主要問(wèn)題。本課題組研制的基于負(fù)壓波的管道泄漏監(jiān)測(cè)與定位系統(tǒng)已在15000余公里的原油及成品油管道上成功應(yīng)用,獲得巨大經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益,但該技術(shù)只能檢測(cè)突發(fā)性大泄漏,對(duì)微小泄漏無(wú)能為力。針對(duì)管道運(yùn)輸領(lǐng)域亟需解決的微小泄漏檢測(cè)與定位這個(gè)世界級(jí)難題,本文創(chuàng)新的提出基于球形內(nèi)檢測(cè)器的長(zhǎng)輸管道微小泄漏檢測(cè)方法,該方法不僅可大大提高泄漏檢測(cè)的靈敏度,而且極大降低了內(nèi)檢測(cè)器卡堵的風(fēng)險(xiǎn)。圍繞球形內(nèi)檢測(cè)器的研制中的關(guān)鍵問(wèn)題,本文開(kāi)展以下四方面研究:(1)針對(duì)球形內(nèi)檢測(cè)器豎直管段的安全通過(guò)性問(wèn)題,采用流體動(dòng)力學(xué)方法詳細(xì)分析了球形內(nèi)檢測(cè)器在管道最極端的豎直管段內(nèi)的受力情況,保證其有良好的通過(guò)性,不會(huì)發(fā)生卡堵。指出管內(nèi)流速、球徑與管徑之比是影響球體所受推力的關(guān)鍵參數(shù),其中球徑比還會(huì)影響球體在管道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性,搭建了模擬實(shí)驗(yàn)管道,驗(yàn)證了仿真結(jié)果,得出在管道經(jīng)濟(jì)流速內(nèi),球徑比的最佳范圍的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)分析結(jié)果,設(shè)計(jì)研制樣機(jī)并對(duì)其進(jìn)行了立管及彎頭通過(guò)性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。(2)針對(duì)管道內(nèi)近場(chǎng)域泄漏聲信號(hào)特點(diǎn)及提取識(shí)別方法問(wèn)題,利用計(jì)算流體/計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)混合仿真的方法,研究了管道內(nèi)近泄漏聲源的近場(chǎng)域聲信號(hào)的特征,研究了泄漏聲源及近聲場(chǎng)聲信號(hào)的頻率分布,分析了泄漏噪聲在管道內(nèi)頻率特性及傳播特性,選取了可體現(xiàn)泄漏特征的頻段,得到了不同泄漏量與聲信號(hào)能量之間的關(guān)系。在搭建的模擬泄漏測(cè)試平臺(tái)上驗(yàn)證了利用水聽(tīng)器檢測(cè)泄漏噪聲了可行性,并分析了泄漏噪聲在頻率上的特性,驗(yàn)證了仿真結(jié)果。(3)針對(duì)泄漏點(diǎn)精確定位問(wèn)題,分析了滾動(dòng)狀態(tài)下,球形內(nèi)檢測(cè)器跟蹤定位的特殊矛盾,提出了一種利用電磁地面標(biāo)記器和MEMS加速度計(jì)對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合定位的方法。分析了旋轉(zhuǎn)電磁發(fā)射器發(fā)射與接收電磁波的特點(diǎn),進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的電磁信號(hào)接收實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提出了跟蹤定位的原理;分析了利用MEMS加速度計(jì)在標(biāo)記點(diǎn)間精確定位的原理,利用研制的樣機(jī)進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,驗(yàn)證了該定位方法的可行性及精度。給出了整個(gè)定位算法流程,進(jìn)行了誤差分析,給出提高定位精度手段。(4)依據(jù)上述理論分析,研制樣機(jī)系統(tǒng),并分別在2.5km水循環(huán)管道上進(jìn)行了原理可行性測(cè)試,以及在130m水循環(huán)管道上進(jìn)行了立管、彎頭通過(guò)性能測(cè)試,最后在一條77km的成品油管道上進(jìn)行了國(guó)內(nèi)首次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用,效果良好。
[Abstract]:The long oil and gas pipeline plays an important role in the development of the national economy. At the same time, there are safety accidents. In recent years, with the increase of pipeline operation time, small leakage events caused by corrosion, aging, crack, natural leakage have gradually become the main problem in the field of pipeline safety detection. The pipeline leakage monitoring and positioning system has been successfully applied in more than 15000 kilometers of crude oil and finished oil pipeline, and has achieved great economic and social benefits. However, this technology can only detect sudden leakage and can not help small leakage. The world class problem of micro leakage detection and positioning needs to be solved in the field of pipeline transportation. In this paper, a small leakage detection method for long distance pipeline based on spherical internal detector is proposed. This method not only greatly improves the sensitivity of leakage detection, but also greatly reduces the risk of blocking the internal detector. Around the key problems in the development of the spherical detector, the following four aspects are carried out in this paper: (1) the spherical internal detection is carried out. The safety of the vertical pipe section is a problem of safety, and the fluid dynamics method is used to analyze the force in the most extreme vertical pipe of the pipe, so that it has good passing ability and no blocking. It is pointed out that the velocity in the tube and the ratio of the diameter to the diameter of the pipe are the key parameters affecting the thrust of the sphere, in which the ball diameter is affected. The ratio will also affect the motion stability of the ball in the pipeline. The simulation experimental pipeline is built, and the simulation results are verified. The key parameters of the optimum range of the ball diameter ratio are obtained in the pipeline economic velocity. According to the analysis results, the prototype is designed and developed and the field test of the riser and elbow is carried out. (2) the leakage of the near field in the pipeline is discharged. The characteristics of the sound leakage signal and the extraction and recognition method are studied. The characteristics of the near field acoustic signal of the near leakage source in the pipeline are studied by the method of computational fluid / computational aeroacoustics mixed simulation. The frequency distribution of the leakage source and the sound signal in the near sound field is studied. The frequency characteristics and propagation characteristics of the leakage noise in the pipeline are analyzed, and the selection of the frequency characteristics and the propagation characteristics of the leakage noise is analyzed. The relationship between the leakage characteristics and the acoustic signal energy can be reflected. The feasibility of using the hydrophone to detect the leakage noise is verified on the simulated leakage test platform, and the characteristics of the leakage noise in the frequency are analyzed. The simulation results are verified. (3) the problem of accurate location of the leakage point is analyzed. In the rolling state, the special contradiction of the tracking and positioning of the spherical inner detector is made. A method of combining the electromagnetic ground marker and the MEMS accelerometer to locate the leakage point is proposed. The characteristics of the emitter and receiving electromagnetic wave are analyzed, and the experimental verification of the electromagnetic signal receiving in the laboratory is carried out, and the heel is put forward. The principle of tracking location, the principle of using the MEMS accelerometer to locate accurately between the marking points is analyzed. The feasibility and accuracy of the positioning method are verified by several field experiments using the developed prototype. The whole positioning algorithm flow is given, the error analysis is carried out, and the method of improving the positioning accuracy is given. (4) the theory is divided according to the above theory. The prototype system is developed and the principle feasibility test is carried out on the 2.5km water circulation pipe, and the vertical pipe is carried out on the 130m water circulation pipe. The elbow is tested by the performance test. Finally, the first field experiment is applied on a 77km oil product pipeline, and the effect is good.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE973.6

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本文編號(hào)：2090158