输气管道声波法泄漏检测技术的理论与实验研究

郭嘉 张婷 王宁

摘要：天然气是每个国家发展所必不可少的物质，输气管道是随着天然气工业的发展而出现的一门科学技术，在输气管道运输过程中惊醒测量、记录、分析对天然气管道的运行尤为重要，声波发泄漏检测技术是最为常见的一种检测方法，主要的利用原理是利用声波在管道中中的传播规律，从而获得管道泄漏位置。声波泄漏检测技术能够有效提高输气管道的运行效率，保障输气管道能够正常运行。

关键词：输气管道;声波法泄漏检测技术;研究

天然气管道在制造过程中会存在各种不同的缺陷，由于天然气管道在使用时经常为带压操作，并且会处于腐蚀或者高温环境，天然气管道的腐蚀现象会不断扩散，最终导致安全事故的发生，因此会对周围的自然环境以及人民的生命安全构成威胁。

1输气管道管道泄漏的原因

输气管道管道在进行建设过程中并没有严格控制施工质量，导致管道质量不过关，从而严重影响输气管道的运输工作。输气管道受到腐蚀因素的影响而产生泄漏，在施工过程中并没有对实际工地进行勘探，导致在进行挖掘过程中造成管道破损，从而形成严重的输气管道。另外，还有非法偷盗石油天然气，导致管道出现破损，从而影响管道运输，这些原因的出现会导致石油天然气常运输管道出现泄漏，并且难以进行处理，由于一些管道埋度较深，不适合进行挖掘取段修补，导致输气管道泄漏问题一直存在，从而严重影响天然气的经济效益。

2输气管道声波法泄漏检测技术的原理

如果输气管道发生了泄漏，那么天然气管道中的气体就会从泄漏处喷射而出，受到管道内压差的影响，会产生压力及速度脉动，从而形成喷射四级子声源。同时，当气体与各种固壁发生碰撞以后，会产生偶极子声源，当偶级子声源与四级子声源叠加到一起时，会形成一个声波波动信号，而输气管道中所采用的声波法泄漏检测技术正是依靠检测该声波而发现管道泄漏问题。

2声波法泄漏检测与定位技术的研究现状

声波法泄漏检测方法在输气管道泄漏检测方面得到了非常好的应用，利用该方式的优势很多，比如该方式的实用性比较强、成本较低，操作简单。当时有输气管道出现泄漏时，输气管道内的压力会发生变化，此种信息的传播主要依靠声速。因此只要将发生泄露前的压力数据作为相关的参考标准，就能够及时获取相关的管道泄漏信息，管道泄漏后会产生减压波。另外，为了能够更快的获取泄漏位置，需要在管道两侧放置压力变送器，从而能够实现泄漏位置的快速定位。

2.1声波产生机理

利用声波法对输气管道进行泄漏监测时，最主要的参数为声波幅值，在验证过程中需要确定泄漏时是否会发生声波，针对泄露声波所产生的机理进行研究分析。由于气体泄漏，流体力学行为较为复杂，再进行探讨，泄露生源过程中需要从水管道为开端，了解输水管道中的细小线路，需要选择管径为0.1毫米的管道，选择每分钟一升的泄漏量进行仿真实验，能够有效得出泄露生源发生机理。从而对气体管道泄漏时所发出的声源进行研究探讨，并在气动声学方面模拟泄露声波场，对声波所产生的机理进行研究，分析得出声源特征，可以明确泄露点准确定位，另外，需要对泄露所构成的流产和生产进行数值模拟，分别在不同的环境条件下进行实验探讨，得出相应的声波传播规律。

2.2声波传播规律

声波传播规律的研究能够判断声波之间的传达间隔，可以合理安排传感器方位，为声波法的使用提供理论支持。针对气体管道声波传达规则的研究和分析，模拟管道泄漏所形成的震荡声波，通过管道而发出的压力波能够经过安装在管道上的传感器进行记录，从而可以得出声波的传播规律，经过理论和实验分析了解声波传播理论对天然气管道的泄漏检测作用。管道泄漏声发出的信号进行传达研究，可以为天然气管道工程上的传感器布置和收集参数提供数据基础，由于天然气管道输送介质类型、压力、流量以及泄漏空间的不同所发出的信号频率也会有所差距，对泄漏声所发射出的信号衰减规律并无多大影响，通过小波包分解理论，可以分析出天然气管道泄漏声所发出的信号在经过管道设备时传播规律会发生明显改变。

以天然气管道在泄漏时所发出的气动噪声为主要的研究目标，分别建立声波在管道内所形成的二维传达模型，利用仿真实验模拟结果可以分析，天然气管道在泄漏过程中所形成的超低频段能够实现远距离传播，从而实现声波传感器的勘探工作，在理论方面上声波法泄漏检测技术在天然气管道泄漏检测过程中有着非常重要的应用前景。

2.3传感器技术

在声波法泄漏检测技术使用过程中，传感器技术是最主要的工作环节，传感器技术主要分为类型挑选以及安置方法。目前对于传感器技术类型的选择，一般选择远程超声波传感器，能够实现对天然气管线的实时泄漏监测以及动态监控，在进行批量操作过程中，该技术能够获得较高的分类精度，同时能够对多个特征数据点进行计算。另外，动态压力变速器能够对长距离输气管线进行泄漏检测，选择小波变换和精力模态分化方法可以对所收集的泄漏信号进行及时处理，能够及时对天然气管道的泄漏监测进行改进。合理利用动态压力传感器能够获得管线的动态压力信号，对管线中的压力变送具有较高的灵敏度和泄漏辨别，可以有效减少误报率，能够实现泄漏位置的精确定位。

4结束语

声波传感器主要负责收集泄漏声波信号，在收集信号频率方面的精确度较高，经过声波进行检测，所以相关设备不会受到管道环境的影响，因此所收集到的泄露信息可靠性較高，系统的可维护性和操作性较强，相关的系统软件设计较为方便，具有较高的操作性能。另外，相关工作人员在进行实际工作过程中，需要运用合理的定位技术和检测技术，并对该技术进行创新和完善，能够有效加强石油天然气运输的安全性，从而为我国的经济建设作出贡献。

参考文献

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